微机调速器1

目前我国调速器主要生产厂

北京水科院


以IPC/PLC/PCC 为硬件平台进行直 接数字控制 机械部分采用了数 字逻辑插装技术， 系统高度标准化、 集成化、模块化， 无任何杆件、钢丝 绳及柜内管道，从 机械到电气全容错 设计
目前我国调速器主要生产厂

天津电气传动设计研究所


TDBYWT中小型系列 TDBWST双调节系列 TDBWCT冲击式系列 TDGYT高油压系列 TDBWT大型系列 以PLC（PCC）为控制核心、步进电机为电液转换 元件和触摸屏为人机对话工具，先进的硬件配置和成 熟的软件技术
微机型调速器


功能扩张 a.跟踪同期并网功能－－与同期装置共同作用 b.经济运行功能－合理分配每台机组的功率，使耗水量最小 c.自测试功能－－如测试转速死区等 可编程控制器为控制核心 主要特点 a.规律采用适应性变参数并联PID结构 b.双机系统（提高可靠性），双机间串行通讯，同步运行，自动切换 c.增设相角控制功能，加速机组并网 d.增设一些特殊功能，如故障在线、离线诊断，自检，静特性测试 e.采用光电隔离、软件滤波等抗干扰措施
电站调速器厂家


天荒坪 －－挪威克瓦纳 三峡电站－－ALSTOM 陈村电站－－ PCC自行开发 响洪甸抽蓄－－东方电机 四川青峰岭－－南自 广西福禄河－－西安理工大电气控制研究所 二滩－－武汉事达 柘林－－武汉事达
微机调速器基础（硬件）

调速器引入PLC的原因及技术关键

目前我国调速器主要生产厂

南瑞电控（SAFR2000）
双微机自动切换 软件配置：


实事变参数，改进PID及开停 机、发电控制程序 实时离线及在线维护诊断 Windows-NT界面下的调试 Windows-NT界面下的程序运 行（显示、设置）
目前我国调速器主要生产厂
S AF R -2 0 00
微机调
机械液压调速器

利用测速元件，直接操作执行机构
利用液压元件，进行功率放大，20世纪30年代， 相当完善 作用原理： 转速变化－离心摆测量－液压放大－主配压阀－ 推动接力器

机械液压型调速器方块图
杠杆
来自 永磁机离心摆


引导阀

辅助接力器
主配压阀
主接力器
控制 导水叶

缓冲器
转速调整

微机型调速器

控制理论的应用 a.变参数PID－－分区，不同工况采用不同的PID参数 b.状态反馈控制－－测量状态变量（a\h\n），计算并返回 最佳状态反馈增益，调整状态变量的变化 c.最优PID控制－－随工况点改变PID参数 d.自适应控制－－自动测量动态特性，与期望模型比较， 使原系统趋向期望或最佳性能的决策 e.预测控制－－建立预测模型，形成优化控制
目前我国调速器的大致分类
供油方式：
通流式 压力油罐式
调节机构数目： 元器件：
单调 双调 机调
电调
微机调
调速器概述
特点
调速器发展 机调
飞摆 纯机械 30、40年代
变化
仿美、苏产品 测频方式 增加电液转换 电路板配置运算 70年代末 微处理器 控制规律优化 80年代出现
电调
微机调速器
－－－概述及发展现状
调速器的整体构成

形式 电柜 机柜

模块 测频 电液转换 液压执行
目前我国调速器的大致分类
按机组工作容量：
大型机组调速器 中型机组调速器 小型机组调速器
按机组类型分类：
贯流式机组专用调速器 冲击式机组专用调速器
抽水蓄能机组专用调速器
常用机组（混流式）调速器

应用


关键

STD总线结构
现场总线：工业数据总线
SAFR2000系统结构图 （PLC）
水头水压 模拟量输出 工况命令 报警及状态 水头水压 模拟量输出 工况命令 报警及状态 A/D D/A D/I D/O A/D D/A D/I D/O
CANBUS 或 PROFIBUS
M C U
调速器技术进展的要点：

测频方式

残压测频 齿盘测速 环喷式 双锥式 步进电机式 比例伺服阀式 自动复中式无油 比例伺服阀＋数字阀

电液转换器的改进

目前我国调速器主要生产厂
南瑞电控 武汉三联水电控制设备有限公司 中国水利水电科学研究院(水电分所） 武汉长江控制设备研究所 武汉事达电气股份有限公司 武汉事达电气股份有限公司 天津电气传动设计研究所
我国调速的技术更新情况
1984年
1987年 1989年 1992年 1996年 1996年 1997年 1998年
全国第一台微机调速器在湖南欧阳海电站投运
全国第一台双微机双调速器在广东枫树坝电站投运 全国第一台双微机双重调节调速器在湖北富水电站投运 全国第一台可编程微机调速器在东北辽宁桓仁电站投运 全国第一台双可编程微机调速器在黑龙江莲花电站投运 全国第一台数字阀式微机调速器在重庆万州双河电站投运 全国第一台4喷嘴冲击式专用微机调速器在云南户宋河电站 投运 全国第一台电自动-电手动独立微机调速器在湖北高坝洲电 站投运
图3-10 TC210微机调节器系统单线图
TC210 微机调节器硬件系统结构 简图
图 3-9 TC210硬件系统结构简图
微机调速器的基本原理

微机调速器通常是以工业控制机（或单片机 系统）为主，辅以相应接口芯片组成微机控 制器硬件系统；而且目前则多采用可编程控 制器及相应的功能模块构成微机控制器硬件 系统，它们通过控制软件来实现所需的调节 规律。控制器与外部设备及适当的电液（或 数液）随动系统相配合，即可组成一台微机 调速器。
水轮机调速器

南瑞电控（SAFR2000）
硬件板片：

平板机

CPU主机（Motorola微控制 器） 电源模块（交/直流供电） 采样模块（频率/开度采集） 控制模块（电液转换器） 数字模块（开关量输入/出） 模拟模块（模拟量输入/出） 双机切换模块
双 重 供 电
组 合 电 源
主 机 模 件
采 样 模 件
控 制 模 件
数 字 模 件
双 模 空 双 机 拟 面 机 切 模 板 切 换 件 换
抽屉式键盘
双 重 供 电 组 合 电 源 主 机 模 件 采 样 模 件 控 制 模 件 数 字 模 件 模 空 空 拟 面 面 模 板 板 件
1ZJ
2ZJ
3ZJ
4ZJ
5ZJ
6ZJ
7ZJ
我国调速器的技术更新情况
1999年
1999年
全国第一台全数字式4喷4折冲击式专用微机调速器在贵州白 水河电站投运
全国第一台交流伺服可编程调速器在湖南欧阳海电站投运
2001年
2002年 2005年
全国第一台单簧自复中无油电机式调速器在广东南水电厂投 运
全国第一台比例数字冗余微机调速器在湖南东江电站投运 全国第一台双比例数字冗余微机调速器在四川新政电站投运
目前我国调速器主要生产厂

长控所
大型常规机组控制器 主要配置：


电气柜：采用PLC/PCC/IPC 做为控制器，彩色触摸屏， 数字反馈 机械柜：电液比例伺服阀/交 流伺服电机，高可靠主配压 阀，
目前我国调速器主要生产厂
长控所调节器特点： 在线试验功能，适时显示试验参数和图形。 具有控制结构自适应和参数自适应的调节功能，配备在线专家系统。 具有频率调节模式，功率调节模式及开度调节模式，并依据不同工况自动选用。 具有根据电网频率变化速度调整导叶开度大小的功能。 液晶触摸屏采用WINDOWS界面，实现故障录波及试验功能。 保证水轮发电机组迅速开机、停机、并网及增减负荷。 保证水轮发电机组稳定运行于空载、发电、调相、停机和手动等工况。 保证无冲击地进行手动/自动的相互切换。 保证在空载运行时使机组频率按预先设定的频差自动跟踪系统频率。 能够实时按水头修正启动开度、空载开度、不良工况限制区。能够自动按工况修正调 速系统的动态灵敏度，适应各种工况对灵敏度的不同要求。 保证实时自动补偿机械零点漂移并给出指示。 具备电气开度限制并可由运行人员实时调整。 具备人工失灵区(ε)和调差系数(bp)的在线实时修正功能，并保证负荷无扰动。 具备现地控制和上位机控制双重功能，并保证控制切换负荷无扰动。
8ZJ
9ZJ
10ZJ 11ZJ
12ZJ 13ZJ
14ZJ 15ZJ
16ZJ
SAFR-2000
调速器电气调节
目前我国调速器主要生产厂

武汉事达



先进的结构形式：可编程控制器为控 制核心 ，标准器件 可靠的测速方式：残压、齿盘互为备 用 测频范围：0.50～99.99Hz；非线性 度<0.01% 工作电源：交、直流电源互为热备用 完善的通讯功能 高抗电磁干扰能力 友好的人机界面 完善合理的控制方式 ：适应式变结 构变参数并联PID控制 具有转速调节、功率调节和开度调节 三种调节方式 完善的控制和保护功能，包括转速、 功率、水位、波浪控制
微机型电气液压调速器方块图
位移传感器 微分(D) 机组 转速 测速 单元 _ _ _ 综合 放大 电液转 换单元
比例(P)
辅助 接力器
主配 压阀
主接 Y 力器
积分(I) 转速给定
位移传感器 功给
硬反馈 调差单元
微机部分
微机型电气液压调速器方块图
国外微机电调的特点


QSPI MC68332 TPU 切换信息 切换信息
QSPI MC68332 TPU M C U
CANBUS 或 PROFIBUS
信号调理
信号调理
信号调理
信号调理
信号调理
信号调理
行程测量
频率测量
控制输出
切换逻辑
控制输出
频率测量
行程测量
最终输出
PCC单总线结构
可编程控制PCC的单总线结构框图
天荒平电站数字控制器原理框图

目前我国调速器主要生产厂

南瑞电控（SWT/D 或SWT/S）

SJ700型（两套互相独立、互为 备用） ● 系统电源部分 ● CPU部分（美国原装进口 板） ● I/O输入输出部分 ● 高精度采样的A/D转换器部 分 ● 行程电气反馈（采用数字 式传感器）部分 ● 通讯部分 SAFR2000型
模拟型电气液压调速器方块图
转速给定
机组 转速 测速 单元
测加 速度
_
位移 传感器 综合单元 (电气积分) 软反馈 单 元 硬反馈 调差单元



_

_
综合 放大
电液转 换单元
辅助 接力器
主配 压阀
主接 力器
Y

Leabharlann Baidu位移传感器
功给
模拟型电气液压调速器方块图
微机型调速器


电调的本质区别： a.采集信号是离散的\信号是连续的 b.改变控制规律软件编程实现\要改变硬件结构 综述： a.从一开始的自行研制以微处理器为核心的结构，形成微 机控制，如以8086、8096CPU为核心，采用STD总线结 构和MIC-2000工控机型双微机调速器 b. 2002年之前，主要的生产厂，除南瑞电控外，产品均 以进口的PLC、PCC或IPC为核心，02年，南瑞也加入了 采用进口PLC的行列。
调差机构
机械液压型调速器方块图
电气液压型调速器



初期，以电气环节代替一些机械环节，重点是测速，用模拟电路来完成测频 发展阶段：电子管、晶体管、集成电路 技术扩展 1.调节规律：PI调节 － PID调节 2.增加点：电液转换器（一个线圈安置在永久磁钢中，线圈与滑套或挡板弹 簧相连，滑套（挡板）控制一个较大的活塞－－即电液转换器的输出）。 以及后来的环喷式、步进电机电液伺服阀、双锥式、数字阀和插装阀并联 作用原理：电气信号变化－线圈电流变化－电磁力变化－滑套移动－两腔液 压变化－配压阀变化 电液随动部分的发展，工作油压升高，性能提高（死区减少） 问题：抗油污能力差，半导体器件质量差

PLC本身的特点：



可靠性高，平均无故障时间达3～5万小时 输入输出功能强，接口丰富多样 通俗化的编程语言 产品系列化、模块化，适应性强 网络化，易于与计算机和其他可编程控制器通讯 克服普通微机的干扰能力弱，系统复杂，硬软件工作量大的缺点 其较强的借口功能利于配置新型液压随动系统 易于实现生产的批量化 解决频率的测量问题（计数模块或者外部计数器电路） 输入和输出控制的实时性问题
美国GE（原WOODWARD），采用三机表决，其余为单机 除ALSTOM，HYDRO VEVEY 公司，采用串联PID，其余采用并联 PID，参数给定三种工况（空载、孤网、大网） 具有较强的诊断、容错、和抗干扰能力 除vevey采用机械液压随动，其他为电液随动系统 为改善静、动特性，大多数国外产品，在电液随动系统中加入PI、 PD或PID调节 三峡工程中，GE提出双比例阀液压冗余方案，而ALSTOM以双电液 转换器方案中标。