基于可編程計算機控制器的新型水輪機調速器（1）
摘要：本文以成都拜爾電力設備有限公司自行開發(fā)研制的基于貝加萊PCC為控制核心的水輪機調速器為例，從水輪機調速器的原理、硬件配置和軟件結構來講述和探討怎樣通過PCC技術來實現(xiàn)調速器的各種功能以及它與傳統(tǒng)調速器相比較的區(qū)別和優(yōu)勢。
關鍵詞：可編程計算機控制器、水輪機調速器、頻率測量、步進電機驅動
1 可編程計算機控制器（PCC）的技術特點[2]
自上世紀90年代以來可編程計算機控制器（PCC）技術進入中國控制領域，已經越來越廣泛地應用于我國的許多工業(yè)技術領域，隨著國內一些重要的水電行業(yè)的輔機企業(yè)在調速器和勵磁上的廣泛應用，其性能也得到越來越多的廠家的青睞和用戶的認可。PCC技術已經逐漸掀起了一股技術革新的潮流。
PCC（Programmble Computer Controller）即可編程計算機控制器是由奧地利貝加萊公司(B&R)1994年首先提出的。它融合了傳統(tǒng)可編程邏輯控制器PLC和工業(yè)控制計算機IPC的優(yōu)勢，既有PLC的高可靠性、易擴展性，又有IPC的強運算能力和強實時性等特點，所以也是目前PLC技術發(fā)展的新方向。行業(yè)內選用PCC做硬件控制核心也正逐漸成為工業(yè)自動化控制領域的新潮流。
與傳統(tǒng)的PLC相比較，PCC具有以下顯著優(yōu)勢：
1) 定性的分時多任務操作系統(tǒng)：PCC借用了大型計算機的分時多任務操作系統(tǒng)理念，應用程序可以按照工藝功能的不同和優(yōu)先級的不同設成不同的任務和不同的任務級別，并可根據(jù)要求自行設定任務的循環(huán)時間。優(yōu)先權高的任務，可將其掃描周期設定相對更短。這樣使軟件的結構更加合理、科學，同時保證系統(tǒng)具有更高更確定的實時性能。
2) 系統(tǒng)響應速度快：系統(tǒng)的響應速度不僅由CPU來決定，還與I/O數(shù)據(jù)的傳輸速度有關。PCC的主CPU本身速度極快，同時還借用大型計算機的結構，采用I/O-Processor單獨處理I/O數(shù)據(jù)傳輸；采用DPR-Controller雙向口控制器負責網絡及系統(tǒng)的管理。也就是說，一個PCC模塊上有三個處理器，既相互獨立，又相互關聯(lián)，最大限度地提高了整個系統(tǒng)的速度。
3) 系統(tǒng)測頻、相位測量響應速度快：傳統(tǒng)的PLC步進式微機調速器其測頻單元仍采用單片機或數(shù)字電路來實現(xiàn)，其響應頻率低，產品一致性和可靠性差；而直接采用PCC測頻，則無需另設測頻硬件，因此測頻的可靠性非常高。因為PCC的主CPU內還含有一個獨立的時間處理器TPU(Time processing unit ), 可計算處理高達4MHz至6MHz的脈沖信號。因而能巧妙地解決調速器的頻率和相位測量問題，實現(xiàn)快速自動準同期并網。這也是基于傳統(tǒng)PLC的調速器方案先天受限而無法企及的功能。
4) 編程語言高級化：PCC不僅完全支持常規(guī)的梯形圖、指令表、順序功能圖等IEC61131-1規(guī)定的多種語言，而且支持高級語言如：Automation Basic語言和標準C語言編程。并且可以在同一個項目中同時采用多種語言混合編程。這對于解決復雜的控制算法和工藝任務的編程尤顯方便，由于其更好的可讀性，也非常易于用戶對控制程序進行合理的增減。
5) 可移植性強：在不同系列、不同型號PCC上所編制的程序，都可以不用修改源碼本身，而直接移植到另外的PCC系列或者型號上。這是因為貝加萊所有的PCC硬件平臺都基于相同的操作系統(tǒng)內核，而且采用標簽變量關聯(lián)的編程方式，所以用戶在編程時候不需要關心實際的硬件IO映射關系，而把精力投入在工藝算法本身。在完成這些工作后，最后只需要簡單地將各個標簽名映射在實際的IO通道即可。
6) 高可靠性：PCC具有極高的可靠性，平均無故障時間MTBF達到50萬小時（相當于57年）以上，屬于免維護產品，大大高于一般的PLC或IPC（目前市場上最好的PLC硬件平均無故障時間MTBF達到30萬小時）。
7) 軟件開發(fā)環(huán)境集成化：PCC的軟件組態(tài)開發(fā)環(huán)境采用AUTOMATION STUDIO工具，秉承一個軟件工具，全部解決整個自動化項目的集成自動化思想，在這一個軟件中同時集成了觸摸屏畫面組態(tài)、PLC編程調試、伺服驅動器的編程控制、離線在線仿真調試等豐富的功能。從而可以大大提高項目的開發(fā)效率。
2 PCC調速器的原理及結構[3]
2.1 調節(jié)系統(tǒng)的基本原理
PCC步進式水輪機調速器是一種以可編程計算機控制器PCC及步進電機為控制核心，與步進式液壓隨動系統(tǒng)配套組成的水輪機調速器。該調速器裝置具有硬件新穎，結構簡單，性能優(yōu)越，可靠性高，維護量小等一系列優(yōu)勢。它是在總結了目前國內外調速器的最新技術與現(xiàn)代液壓控制技術的特點設計開發(fā)的新型換代產品。其主要作用是：
1）將機組轉速及負荷給定等控制信號轉換成液壓信號，以控制水輪機的導葉接力器，導葉接力器與水輪機的控制環(huán)相連，從而操作導水葉。使水輪發(fā)電機組的轉速保持在額定轉速允許偏差內運轉，以滿足電網對頻率質量的要求。
2）實現(xiàn)水輪機轉速的單機調節(jié)和控制，以適應電網負荷的增減。
3）實現(xiàn)機組按規(guī)定的操作程序進行正常的自動或手動開機、空載、負載和自動停機。并能接受不同的故障信號，進行必要的機組保護操作直至緊急停機，以保證機組的安全運行
4）當水輪發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中并列運行時，調速器能自動承擔預定的負荷分配，使各機組能實現(xiàn)經濟運行。（見圖2.1-1調速器原理框圖[1]
關鍵詞：可編程計算機控制器、水輪機調速器、頻率測量、步進電機驅動
1 可編程計算機控制器（PCC）的技術特點[2]
自上世紀90年代以來可編程計算機控制器（PCC）技術進入中國控制領域，已經越來越廣泛地應用于我國的許多工業(yè)技術領域，隨著國內一些重要的水電行業(yè)的輔機企業(yè)在調速器和勵磁上的廣泛應用，其性能也得到越來越多的廠家的青睞和用戶的認可。PCC技術已經逐漸掀起了一股技術革新的潮流。
PCC（Programmble Computer Controller）即可編程計算機控制器是由奧地利貝加萊公司(B&R)1994年首先提出的。它融合了傳統(tǒng)可編程邏輯控制器PLC和工業(yè)控制計算機IPC的優(yōu)勢，既有PLC的高可靠性、易擴展性，又有IPC的強運算能力和強實時性等特點，所以也是目前PLC技術發(fā)展的新方向。行業(yè)內選用PCC做硬件控制核心也正逐漸成為工業(yè)自動化控制領域的新潮流。
與傳統(tǒng)的PLC相比較，PCC具有以下顯著優(yōu)勢：
1) 定性的分時多任務操作系統(tǒng)：PCC借用了大型計算機的分時多任務操作系統(tǒng)理念，應用程序可以按照工藝功能的不同和優(yōu)先級的不同設成不同的任務和不同的任務級別，并可根據(jù)要求自行設定任務的循環(huán)時間。優(yōu)先權高的任務，可將其掃描周期設定相對更短。這樣使軟件的結構更加合理、科學，同時保證系統(tǒng)具有更高更確定的實時性能。
2) 系統(tǒng)響應速度快：系統(tǒng)的響應速度不僅由CPU來決定，還與I/O數(shù)據(jù)的傳輸速度有關。PCC的主CPU本身速度極快，同時還借用大型計算機的結構，采用I/O-Processor單獨處理I/O數(shù)據(jù)傳輸；采用DPR-Controller雙向口控制器負責網絡及系統(tǒng)的管理。也就是說，一個PCC模塊上有三個處理器，既相互獨立，又相互關聯(lián)，最大限度地提高了整個系統(tǒng)的速度。
3) 系統(tǒng)測頻、相位測量響應速度快：傳統(tǒng)的PLC步進式微機調速器其測頻單元仍采用單片機或數(shù)字電路來實現(xiàn)，其響應頻率低，產品一致性和可靠性差；而直接采用PCC測頻，則無需另設測頻硬件，因此測頻的可靠性非常高。因為PCC的主CPU內還含有一個獨立的時間處理器TPU(Time processing unit ), 可計算處理高達4MHz至6MHz的脈沖信號。因而能巧妙地解決調速器的頻率和相位測量問題，實現(xiàn)快速自動準同期并網。這也是基于傳統(tǒng)PLC的調速器方案先天受限而無法企及的功能。
4) 編程語言高級化：PCC不僅完全支持常規(guī)的梯形圖、指令表、順序功能圖等IEC61131-1規(guī)定的多種語言，而且支持高級語言如：Automation Basic語言和標準C語言編程。并且可以在同一個項目中同時采用多種語言混合編程。這對于解決復雜的控制算法和工藝任務的編程尤顯方便，由于其更好的可讀性，也非常易于用戶對控制程序進行合理的增減。
5) 可移植性強：在不同系列、不同型號PCC上所編制的程序，都可以不用修改源碼本身，而直接移植到另外的PCC系列或者型號上。這是因為貝加萊所有的PCC硬件平臺都基于相同的操作系統(tǒng)內核，而且采用標簽變量關聯(lián)的編程方式，所以用戶在編程時候不需要關心實際的硬件IO映射關系，而把精力投入在工藝算法本身。在完成這些工作后，最后只需要簡單地將各個標簽名映射在實際的IO通道即可。
6) 高可靠性：PCC具有極高的可靠性，平均無故障時間MTBF達到50萬小時（相當于57年）以上，屬于免維護產品，大大高于一般的PLC或IPC（目前市場上最好的PLC硬件平均無故障時間MTBF達到30萬小時）。
7) 軟件開發(fā)環(huán)境集成化：PCC的軟件組態(tài)開發(fā)環(huán)境采用AUTOMATION STUDIO工具，秉承一個軟件工具，全部解決整個自動化項目的集成自動化思想，在這一個軟件中同時集成了觸摸屏畫面組態(tài)、PLC編程調試、伺服驅動器的編程控制、離線在線仿真調試等豐富的功能。從而可以大大提高項目的開發(fā)效率。
2 PCC調速器的原理及結構[3]
2.1 調節(jié)系統(tǒng)的基本原理
PCC步進式水輪機調速器是一種以可編程計算機控制器PCC及步進電機為控制核心，與步進式液壓隨動系統(tǒng)配套組成的水輪機調速器。該調速器裝置具有硬件新穎，結構簡單，性能優(yōu)越，可靠性高，維護量小等一系列優(yōu)勢。它是在總結了目前國內外調速器的最新技術與現(xiàn)代液壓控制技術的特點設計開發(fā)的新型換代產品。其主要作用是：
1）將機組轉速及負荷給定等控制信號轉換成液壓信號，以控制水輪機的導葉接力器，導葉接力器與水輪機的控制環(huán)相連，從而操作導水葉。使水輪發(fā)電機組的轉速保持在額定轉速允許偏差內運轉，以滿足電網對頻率質量的要求。
2）實現(xiàn)水輪機轉速的單機調節(jié)和控制，以適應電網負荷的增減。
3）實現(xiàn)機組按規(guī)定的操作程序進行正常的自動或手動開機、空載、負載和自動停機。并能接受不同的故障信號，進行必要的機組保護操作直至緊急停機，以保證機組的安全運行
4）當水輪發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中并列運行時，調速器能自動承擔預定的負荷分配，使各機組能實現(xiàn)經濟運行。（見圖2.1-1調速器原理框圖[1]
圖2.1-1 調速器原理框圖
本文標簽：基于可編程計算機控制器的新型水輪機調速器（1）
* 由于無法獲得聯(lián)系方式等原因，本網使用的文字及圖片的作品報酬未能及時支付，在此深表歉意，請《基于可編程計算機控制器的新型水輪機調速器（1）》相關權利人與機電之家網取得聯(lián)系。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
