PCC控制器在草街电站调速系统中的应用

PCC控制器在草街电站调速系统中的应用

朱孙义

朱孙义葛洲坝集团机电建设有限公司

摘要：PCC控制器与PLC和IPC相比较的优越性，以及其在电厂调速系统的具体使用过程中体现的价值。

关键词：调速器；PCC控制器；高精测频

前言:

水电站调速器自动控制部分主要由可编程计算机控制器PCC、整形板、电源模块、操作按钮和灯、主接位移传感器、中位位移传感器和触摸显示屏组成。

1、PCC简介:

自动控制系统采用B&R生产的可编程计算机控制器（PCC）为核心，可编程计算机控制器（PCC）是一种不同于可编程控制器（PLC）和工业控制机（IPC）的可编程计算机控制器，它代表了当今工业控制技术的发展趋势。PCC是在PLC的基础上发展起来的，它不但吸收了PLC的全部优点和IPC的长处，而且他的自身优势非常明显，PCC中采用了分时多任务操作系统，这样编程者可以十分灵活地利用操作系统管理整个系统，摆脱了PLC中单个程序对硬件的依赖。PCC比IPC同样具有优势，它布线灵活，抗干扰能力强。PCC集成了PLC、IPC和大型计算机的各自优点，为工控界提供了高水平的控制平台。

草街电站使用的是更先进的32位可编程计算机控制器PCC，在以往可编程控制器PCC可靠性高、逻辑控制方便的基础上，融合了工业控制计算机IPC强大的运算能力及高性能的浮点处理功能，是当前运用广泛，功能强大的可编程控制器之一。PCC系列可编程采用模块化设计，模块可以带电插拔。编程语言遵循IEC11313国际标准规定的5种编程语言，同时支持梯形图(LAD)、指令表（STL）、高级语言（类Pascal）、功能块，支持面向对象的程序设计(00P)。存储容量是一般可编程控制器存储容量的10倍以上。利用PCC先进的分时多任务操作系统，把重要工作用高速任务处理，一般工作用普通任务处理，使CPU的资源合理分配。利用其高级语言，编制复杂算法，编成功能块，放入梯形图中，终结了梯形图不能做复杂的运算，这样大大提高了调速器的性能。通过开发的用户程序图形化，形象化，功能块之间用“导线”联接，加上接点开关条件，组成用户程序。上手快，程序维护简单，编程方便、灵活。

2、高精度测频

利用PCC控制器内部TPU模块的4MHz高速计数直接测频，使测频精度达到0.001Hz以上。避免了一般PLC因计数频率低而另用测频模块向可编程传递频率数据，同时也避免了数据传递过程中的延时和不稳定性。测频反应时间为20ms。使测频可靠性、实时性大大提高。用PCC直接测频，器件少、接线少、速度快、可靠性高、测频回路简洁，维护方便。

草街电站调速器有四路测频，三路机频，一路网频。三路机频：一路为机组残压PT信号（见图1），另两路为齿盘信号（见图2）。测频回路互为备用。正常运行时，残压测频经与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器测频使用。当残压测频故障或比较结果超出范围时，用齿盘测频信号供调速器测频使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。

为提高齿盘测频精度，草街齿盘测速设计为双传感器（型号NI8-M18-AP6X图尔克），用于消除由于大轴摆度和震动、以及齿盘加工精度的误差而造成测频信号的精度下降的现象。双传感器信号经过整形隔离后，同时送到PCC供测频使用。如图2可知，两个传感器经过齿盘同一边的时间差，只与齿盘旋转的线速度有关，而与齿盘的加工精度、摆动、振动无关，齿盘测频通过测量两个传感器的上升沿的时间，计算出频率，提高了齿盘测频的精度。

3、电源系统

草街电站调速器控制系统电源部分采用冗余结构，交流-直流220V双路供电，交流优先，互为热备用。当交直流任意一路故障时，能自动地无扰动切换至另一电源供电。交流电源工作范围为220V-15%～+15%47Hz～52Hz。直流电源工作范围为220V，-15%～+15%；交流电源输入配有隔离变压器。设计了电源监视回路，过压保护等，保证工作电源正常。调速器电源故障或消失时，调速器保持原开度不变，并保证紧急停机电磁阀和机械手动电磁阀的可操作性。

可编程用直流220V电源供电。电源模块采用台湾明伟电源，有过压、过流及低压保护功能。供电电源为：S-145-24DC+24VDC-DCDC+24V、DC±12V

电源监测：调速器弱电用PCC监测，出现故障，调速器切手动；调速器强电用继电器监测，空接点输出到电柜端子上。

每套调速器配有以上电源各两块，用于编程配套的外围器件，如传感器等。

4、PCC控制器功能实现

对PCC控制器在草街电站3#机组整个调试（如自动开关机、甩负荷）和最后开机并网过程中的实际工况使用情况进行说明。

4.1自动开机：

调速器无故障，将导/轮叶至自动状态，水头按当前实际水头设定（H=10.2m），锁定在拔出状态，紧急停机电磁阀在复归位置，轮叶在启动开度位置（40%），机组具备开机条件，由中控室发开机令调速器接收到开机令后，使主配向开机方向动作，过程如下：导叶开至第一起动开度（4%），机组转速开始上升。轮叶进入协联。当机组频率>45Hz时，导叶回关到第二开启开度（18%），PID参与调节，机组自动跟踪网频（一般为50Hz）。

4.2自动运行：

在自动状态运行。可编程控制器采样机频、网频信号以及其它各种反馈信号等进行运算处理后，PID运算值与主接位移相比较，有差值时，驱动比例阀；比例阀带动导叶主配压阀运动，同时中位传感器将主配位置信号反馈到可编程控制器；当导叶主配位置与可编程控制器所要求的值一至时，比例阀停止动作；当主接位移值与PID运算值相等时，比例阀阀芯向相反方向使导叶主配压阀回中，电液转换装置完成闭环调节。

轮叶的运行规律由可编程控制器软件中的协联关系曲线确定，其电液调节方式与导叶完全一致。

4.3带负荷运行：

断路器合上后，机组运行在功率模式下，在中控室可以增/减（开度、功率给定），调节机组出力。

调速器在带负荷的工况下，有三种运行方式，频率模式、开度模式、功率模式。调速器在频率模式运行时，切除频率死区设置，系统频率波动时，调速器会根据BP值、频差（系统频率—50Hz）做出相应值得调整。此时，调速器会随系统频率频繁调节。调速器在开度模式运行时，投入频率死区设置，系统频率在频率死区设置范围内摆动时，调速器不参与调节，系统频率摆动值超过频率死区设置时，调速器会根据BP值、频差（抵消频率死区值）做出相应值得调整。此时调速器根据导叶给定值调节主接力器。调速器在功率模式运行时，投入死区设置，调速器根据功率给定调节主接力器。

4.4自动停机：

将负荷减到零，断路器分开，调速器接到“停机令”后，PCC控制器控制比例阀向关闭方向动作，带动主配，关闭导叶，使机组停机。

4.5甩负荷：

自动状态下，调速器将快速关闭导叶，当频率回到50Hz，PCC控制器将使机组自动跟踪网频，给出指令调节导叶开度。

5结语

PCC可编程控制器是为工业现场控制而设计的，具有极高的可靠性，极强的抗干扰能力，能适应电厂内各种电磁干扰环境，其设计平均无故障时间(MTBF)不小于50万小时。通过PCC可编程控制器在草街电站调速系统的中使用过程和结果表明，在逐步对PCC可编程控制器进行了解后，其上手快，程序维护简单，编程方便、灵活的优点得到了更好的体现，而其高精度测频也为电站调速系统的稳定运行提供了更好的前提条件。PCC可编程控制器将成为电厂调速系统稳定运行的又一可靠保障。

参考文献

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