水轮机微机调速器PPT课件
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机组的运动方程
分析：f不变→机组转速恒定（f=np/60） →角速度增量不变→水轮机主动力矩与 发电机阻力矩平衡→调节水轮机输出主 动力矩→调节水轮机输出功率→调节水 轮机流量→改变导叶开度
2021/3/12
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水轮机调节系统的特点
水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、 水轮机、发电机及负载)共同组成。水轮机调节系统与其他原动机调 节系统相比有以下特点:
➢ 通道Y是机械液压系统的输出通道，它输出的是接力器的位移，也是 调速器的输出信号。
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反馈通道
与前向通道信息传递方向相反的通道，反馈通道有2-1, 3-1. 2-2, 32和3-3。例如，反馈通道3-1是接力器位移Y经过电肌转换装置转换为电 气量或数字量，再送给微机((PLC)调节器作为反馈信号的通道。
FX2N PLC
水轮机微机调速器
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❖ 水轮机微机调速器国内外发展动态 ❖ 可编程控制器的发展现状与特点 ❖ PLC水轮机微机调速器的系统结构 ❖ 水轮机微机调速器静特性分析
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水轮机微机调速器国内外发展动态
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3
❖ 水轮机调速器作为水电站的重要控制设备，历来受到水电界的关 注和重视。众所周知，调速器曾经历了机械液压型、模拟式电气 液压型的漫长历史。电液调速器大都采用了PID调节规律，在性 能上有很大的提高，但是由于它仍用模拟组件或数字电路来实现 其调节规律，故硬件线路复杂，维护也不方便，可靠性受到一定 的影响。同时水轮机调节系统是一个非线性、时变、非最小相位 系统，要想保证系统在不同的工况下都具有优良的动态品质是非 常困难的。
须具备的主通道，包括通道u/N、通道y1和通道Y。
前 ➢ 通道u/N是微机(PLC)调节器的输出通道，它的输出可以是电气量u， 向 也可以是数字量N 。 u/N信号送到电/机转换装置作为其输入信号。 通 ➢ 通道y1是电肌转换装置的前向输出通道，它输出的主要是机械位移， 道 也可以是液压信号，是机械液压系统的输入控制信号。
5
国内发展动态
❖ 建国以来，我国调速器制造工业经历了引进、仿制、自 行研制生产的过程。随着微电子技术的发展，我国学者 在20世纪80年代初即开始从事微机控制技术应用于水 轮机调节的研究。
❖ 1984年11月，华中理工大学和天津水电控制设备厂合 作研制的我国第一台微机调速器在湖南欧阳海水电站投 入运行。由于微机调速器具有精度高，软件灵活性大， 便于采用先进的控制策略，藉硬、软件的容错、避错等 措施可提高其可靠性等优点，它从一诞生就表现出强大 的生命力。
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如图所示为开度给定Yc分别等于0.5 和0.75时的两条微机调速器的静特性。从
图中可以看出，两条静特性线是平行线， 故调整给定开度，相当于横向平移静特性; 其间的横坐标距离为0.25。当水轮发电机
组并入电网运行时，可认为电网频率保持 为50Hz，当yc由0.5调整到0.75时，Yc则 由原来的0.5开启到0.75。显然，调整开度 给定y。来改变微机调速器接力器的开度是 正确的方法。
混流式、转浆 式、贯流式、 冲击式、抽水 蓄能机组
当前，我国的微机调速器领域正向更先进、更可靠、性能/价格比更优
越的方向发展。
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可编程控制器的发展现状与特点
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可编程控制器的发展现状
❖ 1968年，美国通用汽车(GM)公司针对“多品种、小批量”的市 场需求，提出了10项功能指标全新的工业控制装置的设想。1969 年，美国数字公司(DEC)按上述要求研制成功了这种新型工业控制 装置，当时主要是用于逻辑控制，称之为可编程逻辑控制 ((Programmable Logic Controller)，简称PLC o PLC实质上是 一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程 相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言.
➢ 日本日立公司和东芝公司（率先研制） ➢ ABB公司（起步早、发展快） ➢ 法国奈尔皮克(NEYRPIC)公司 ➢ 德国西门子(SIEMENIS)公司 ➢ 美国伍德华德(WOOD WARD)公司 ➢ 瑞士埃舍尔维斯(ESCHER WYSS)公司 ➢ 比利时的ACEC公司 ➢ 挪威的KBB公司等
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为到电50网.5H频z率时保，y持PI为D 5则0H由z。原当来频的率0.5给开定启fc到由15.00。Hz所调以整，
此时调整频率给定fc，可以增/减机组所带的负荷。 但是，由于水轮机微机调速器都设有开度给定环节， 因此，一般不采用调整频率给定的方法来增减负荷， 而采用调整开度给定(或功率给定)的方法。
❖ 至20世纪90年代中期，全世界约有200多个厂家生产400多个品 种的PLC产品及其网络产品。PLC是工业控制系统中继单片机、 STD总线之后的又一个里程碑。当前，PLC仍然是一种应用非常广 泛、发展十分迅速的技术。
发展方向
适应生产过程和机械自动化需求的智能单元和模块、通信、 现场总线技术、产品的进一步系列化和编程语言的完善化。
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小结
这次内容主要是针对三菱公司 FX2NPLC水轮机
调速器与大家共同分享了关于水轮机微机调速器国内 外发展动态、可编程控制器的发展现状与特点、PLC 水轮机微机调速器的系统结构、水轮机微机调速器静 特性分析四个方便的内容，当然要想把它学好学懂还 需要我们进一步学习和探讨，需要从更多的方便入手 进行深究。
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对于水轮机调节系统来说，最根本的要求是稳定性。在系统稳定的基础上， 还对其动态过渡过程品质也有一定的要求。
我们通常通过调速器静特性试验的方法来进行分析，下面将以一组具体的数
值来分析分析频率给定fc和开度给定Yc对微机调速器的静态特性的影响。
如图所示为频率给定分别等于50Hz和50.5Hz 时的两条微机调速器的静特性。从图中可以清楚地 看出，两条静特性线是平行的直线，其间的纵坐标 距离为0.5Hz，故调整频率给定，相当于纵向平移 静特性。当水轮发电机组并入大电网运行时，可认
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系统的输入分为 开关量输入(如机 组启动、机组正 常停机等)和模拟 量输入(如来自机 组状态的频率、 开度、电网频率 以及通过用户设 定的各项给定参 数)。系统的主要 输出参量为导叶 接力器控制信号。
PLC水轮机微机调速器结构框图
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水轮机微机调速器静特性分析
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希望这次内容能起到抛砖引玉的作用，激发我们 的学习兴趣！
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感谢您的阅读收藏，谢谢！
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综合比较点
综合比较点是系统中前向通道和反馈通道信息的汇合点。位于 微机(PLC)调节器、电/机转换装置和机械液压系统中的3。图中绘出 了分别个比较点:Al ,A2, A3。在一般情况下，A1是数字量综合比较点， AZ是电气量综合比较点，A3是机械量综合比较点。
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PLC调节器
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❖ 20世纪70年代中期微处理机推向市场，到70年代末，微机控制 技术引入水轮机调节领域，80年代微机调速器经历了诞生、发展 至基本形成的历史。目前，在调速器领域内，发展微机调速器己 经成为主流。
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国外发展动态
❖ 20世纪80年代，世界上发达国家的著名水轮 机调速器公司均毫无例外地先后研制了微机调 速器。
1 水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功;
2 水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功;
3
水击的反调效应不仅不利于调节系统的稳定，而且严重恶化了调节 系统的动态品质;
4 有些水轮机还具有双重调节机构，从而增加了调速器的复杂性。
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典型PLC水轮机微机调速器结构
图中由左至右的控制信息的传递通道，是任何一种结构的调速器必
❖ 此后，许多高等院校、科研院所、企业均开展了微机调 速器的研制。
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硬件
控制策略
开发环境
应用领域
单板机
单板单板机 可编程控器(PLC) 工业控制机(IPC)
对常规PID控制 规律作了改进， 提出和应用了 一些新的控制 策略。
机器码、汇编语 言、高级语言
面向任务的基于 图形组态的开发 平台;
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可编程控制器的主要特点
1 高可靠性 2 编程方便，易于使用 3 与外部控制器件接口方便
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PLC水轮机微机调速器的系统结构
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PLC水轮机微机调速器的系统结构
水轮机调节系统的任务
水轮发电机组把水能变成电能供用户使用，用户除要求供电安全可靠外， 还要求电能的频率及电压保持在额定值附近的某一范围内。因此，必须根据 负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速(频率) 在规定的范围内。
分析：f不变→机组转速恒定（f=np/60） →角速度增量不变→水轮机主动力矩与 发电机阻力矩平衡→调节水轮机输出主 动力矩→调节水轮机输出功率→调节水 轮机流量→改变导叶开度
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水轮机调节系统的特点
水轮机调节系统是由水轮机调速器和调节对象(包括引水系统、 水轮机、发电机及负载)共同组成。水轮机调节系统与其他原动机调 节系统相比有以下特点:
➢ 通道Y是机械液压系统的输出通道，它输出的是接力器的位移，也是 调速器的输出信号。
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反馈通道
与前向通道信息传递方向相反的通道，反馈通道有2-1, 3-1. 2-2, 32和3-3。例如，反馈通道3-1是接力器位移Y经过电肌转换装置转换为电 气量或数字量，再送给微机((PLC)调节器作为反馈信号的通道。
FX2N PLC
水轮机微机调速器
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❖ 水轮机微机调速器国内外发展动态 ❖ 可编程控制器的发展现状与特点 ❖ PLC水轮机微机调速器的系统结构 ❖ 水轮机微机调速器静特性分析
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水轮机微机调速器国内外发展动态
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❖ 水轮机调速器作为水电站的重要控制设备，历来受到水电界的关 注和重视。众所周知，调速器曾经历了机械液压型、模拟式电气 液压型的漫长历史。电液调速器大都采用了PID调节规律，在性 能上有很大的提高，但是由于它仍用模拟组件或数字电路来实现 其调节规律，故硬件线路复杂，维护也不方便，可靠性受到一定 的影响。同时水轮机调节系统是一个非线性、时变、非最小相位 系统，要想保证系统在不同的工况下都具有优良的动态品质是非 常困难的。
须具备的主通道，包括通道u/N、通道y1和通道Y。
前 ➢ 通道u/N是微机(PLC)调节器的输出通道，它的输出可以是电气量u， 向 也可以是数字量N 。 u/N信号送到电/机转换装置作为其输入信号。 通 ➢ 通道y1是电肌转换装置的前向输出通道，它输出的主要是机械位移， 道 也可以是液压信号，是机械液压系统的输入控制信号。
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国内发展动态
❖ 建国以来，我国调速器制造工业经历了引进、仿制、自 行研制生产的过程。随着微电子技术的发展，我国学者 在20世纪80年代初即开始从事微机控制技术应用于水 轮机调节的研究。
❖ 1984年11月，华中理工大学和天津水电控制设备厂合 作研制的我国第一台微机调速器在湖南欧阳海水电站投 入运行。由于微机调速器具有精度高，软件灵活性大， 便于采用先进的控制策略，藉硬、软件的容错、避错等 措施可提高其可靠性等优点，它从一诞生就表现出强大 的生命力。
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如图所示为开度给定Yc分别等于0.5 和0.75时的两条微机调速器的静特性。从
图中可以看出，两条静特性线是平行线， 故调整给定开度，相当于横向平移静特性; 其间的横坐标距离为0.25。当水轮发电机
组并入电网运行时，可认为电网频率保持 为50Hz，当yc由0.5调整到0.75时，Yc则 由原来的0.5开启到0.75。显然，调整开度 给定y。来改变微机调速器接力器的开度是 正确的方法。
混流式、转浆 式、贯流式、 冲击式、抽水 蓄能机组
当前，我国的微机调速器领域正向更先进、更可靠、性能/价格比更优
越的方向发展。
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可编程控制器的发展现状与特点
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可编程控制器的发展现状
❖ 1968年，美国通用汽车(GM)公司针对“多品种、小批量”的市 场需求，提出了10项功能指标全新的工业控制装置的设想。1969 年，美国数字公司(DEC)按上述要求研制成功了这种新型工业控制 装置，当时主要是用于逻辑控制，称之为可编程逻辑控制 ((Programmable Logic Controller)，简称PLC o PLC实质上是 一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程 相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言.
➢ 日本日立公司和东芝公司（率先研制） ➢ ABB公司（起步早、发展快） ➢ 法国奈尔皮克(NEYRPIC)公司 ➢ 德国西门子(SIEMENIS)公司 ➢ 美国伍德华德(WOOD WARD)公司 ➢ 瑞士埃舍尔维斯(ESCHER WYSS)公司 ➢ 比利时的ACEC公司 ➢ 挪威的KBB公司等
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为到电50网.5H频z率时保，y持PI为D 5则0H由z。原当来频的率0.5给开定启fc到由15.00。Hz所调以整，
此时调整频率给定fc，可以增/减机组所带的负荷。 但是，由于水轮机微机调速器都设有开度给定环节， 因此，一般不采用调整频率给定的方法来增减负荷， 而采用调整开度给定(或功率给定)的方法。
❖ 至20世纪90年代中期，全世界约有200多个厂家生产400多个品 种的PLC产品及其网络产品。PLC是工业控制系统中继单片机、 STD总线之后的又一个里程碑。当前，PLC仍然是一种应用非常广 泛、发展十分迅速的技术。
发展方向
适应生产过程和机械自动化需求的智能单元和模块、通信、 现场总线技术、产品的进一步系列化和编程语言的完善化。
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小结
这次内容主要是针对三菱公司 FX2NPLC水轮机
调速器与大家共同分享了关于水轮机微机调速器国内 外发展动态、可编程控制器的发展现状与特点、PLC 水轮机微机调速器的系统结构、水轮机微机调速器静 特性分析四个方便的内容，当然要想把它学好学懂还 需要我们进一步学习和探讨，需要从更多的方便入手 进行深究。
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对于水轮机调节系统来说，最根本的要求是稳定性。在系统稳定的基础上， 还对其动态过渡过程品质也有一定的要求。
我们通常通过调速器静特性试验的方法来进行分析，下面将以一组具体的数
值来分析分析频率给定fc和开度给定Yc对微机调速器的静态特性的影响。
如图所示为频率给定分别等于50Hz和50.5Hz 时的两条微机调速器的静特性。从图中可以清楚地 看出，两条静特性线是平行的直线，其间的纵坐标 距离为0.5Hz，故调整频率给定，相当于纵向平移 静特性。当水轮发电机组并入大电网运行时，可认
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系统的输入分为 开关量输入(如机 组启动、机组正 常停机等)和模拟 量输入(如来自机 组状态的频率、 开度、电网频率 以及通过用户设 定的各项给定参 数)。系统的主要 输出参量为导叶 接力器控制信号。
PLC水轮机微机调速器结构框图
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水轮机微机调速器静特性分析
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希望这次内容能起到抛砖引玉的作用，激发我们 的学习兴趣！
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综合比较点
综合比较点是系统中前向通道和反馈通道信息的汇合点。位于 微机(PLC)调节器、电/机转换装置和机械液压系统中的3。图中绘出 了分别个比较点:Al ,A2, A3。在一般情况下，A1是数字量综合比较点， AZ是电气量综合比较点，A3是机械量综合比较点。
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PLC调节器
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❖ 20世纪70年代中期微处理机推向市场，到70年代末，微机控制 技术引入水轮机调节领域，80年代微机调速器经历了诞生、发展 至基本形成的历史。目前，在调速器领域内，发展微机调速器己 经成为主流。
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国外发展动态
❖ 20世纪80年代，世界上发达国家的著名水轮 机调速器公司均毫无例外地先后研制了微机调 速器。
1 水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功;
2 水轮机调节装置必须具备有足够大的调节功;
3
水击的反调效应不仅不利于调节系统的稳定，而且严重恶化了调节 系统的动态品质;
4 有些水轮机还具有双重调节机构，从而增加了调速器的复杂性。
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典型PLC水轮机微机调速器结构
图中由左至右的控制信息的传递通道，是任何一种结构的调速器必
❖ 此后，许多高等院校、科研院所、企业均开展了微机调 速器的研制。
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硬件
控制策略
开发环境
应用领域
单板机
单板单板机 可编程控器(PLC) 工业控制机(IPC)
对常规PID控制 规律作了改进， 提出和应用了 一些新的控制 策略。
机器码、汇编语 言、高级语言
面向任务的基于 图形组态的开发 平台;
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可编程控制器的主要特点
1 高可靠性 2 编程方便，易于使用 3 与外部控制器件接口方便
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PLC水轮机微机调速器的系统结构
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PLC水轮机微机调速器的系统结构
水轮机调节系统的任务
水轮发电机组把水能变成电能供用户使用，用户除要求供电安全可靠外， 还要求电能的频率及电压保持在额定值附近的某一范围内。因此，必须根据 负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，以维持机组转速(频率) 在规定的范围内。