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可编程控制器(PLC)微机调速器步进电机A系列说明书1


STRONG
BW(S)TBW(S)T-PLC 系列 步进式无油电转可编程微机调速器 说明书

武汉四创自动控制技术有限责任公司

第一章

概述

水轮机微机调速器是本世纪七十年代在电液调速器的基础上发展起来的新型水 轮机调速器。随着计算机技术和控制理论的发展,水轮机调速器技术也不断的发

展 和提高,可靠性和调节品质已完全能够满足电厂无人值班、少人职守的要求。 多年来,我们公司一直致力于水轮机微机调速器技术的开发研制工作,与国内 知名的院校、研究机构紧密合作,博采众长,在调速器领域不断推出可靠性更高、 调节品质更优的产品。我们公司开发生产的 BW(S)T-PLC 系列步进式无油电转可 编程微机调速器,克服了目前步进电机调速器存在的缺陷,真正实现了步进电机不 用油、断电自保持、全数字化、免维护,可靠性和调节品质完全满足国标 GB/T9652-1997.2 要求。我们公司生产的步进式无油电转的自动复中精确定位装置, 具有独特的定位复中功能,已获得国家发明专利,专利号为 专利号为:ZL 00 2 24552.3。 专利号为 通过多年的努力,我们公司生产的可编程微机调速器已在白山、西津、富春江、丰 满、陆水等国内几十座水电厂上百台机组上成功运行,我们以优质的产品、一流的 服务,赢得了电厂的好评。 BW(S)T-PLC 步进式无油电转可编程微机调速器是以进口可编程控制器(PLC)为 控制核心,以步进式无油电转作为电液转换环节,以机械液压系统作为执行机构, 组成的一种新型微机调速器。 BW(S)T-PLC 步进式无油电转可编程微机调速器型号的定义如下: B:步进式无油电转; W(S)T:微机单(双)调; PLC:可编程控制器。 BW(S)T-PLC 步进式无油电转可编程微机调速器具有结构简单可靠、不耗油、油 泵起动次数少、油质要求低、不卡涩、断电后调速器保持接力器当前开度不变、免 维护、易于操作、人机对话方便的优点。 BW(S)T—PLC 步进式无油电转可编程微机调速器,以 PC 机(带液晶触摸屏)作 为中文人机界面,可显示各种数据、状态,进行各种操作、试验、记录、报警、打 印、通信等功能。

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第二章
2.1 系统结构框图

步进电机-PLC 微机调速器系统结构 步进电机

上位机 操作终端 触摸式工业平板PC机

+

fj 机组 频率 电网 fw 频率 fg 频率 给定

测 频 模 块

+

频率 死区

比例 P 微分 D 数 字 放 大 器

计算机通讯模块

+ + +

电气 开限

+ -

+

-

步 进 电 机

无油 电液 转换 器

机械 液压 系统

接 力 器

+ bp/Ep

积分 I

步进电机反馈 接力器反馈 导叶

开度/功 率死区

EY-P A/D模块

YG PG

开度 给定 功率 给定

+

+
YG/ PG 功 率 传感器 机组 有功

P

水头 信号

步进电 机反馈

导叶 反馈

系统结构框图

2.2 框图说明
1.频差Δf 1) 油开关合或油开关分但网频不正常或油开关分且跟踪频给时 Δf=fG-fJ 2) 油开关分且网频正常并跟踪网频时 Δf=fW-fJ 3)频率死区 E(可以设定) ①频率调节 E=0 ②功率调节 E=0.2Hz 2.给定与实际差值Δ 1)频率调节模式

Δ=YG-YPIG
2

2)功率调节模式 3)功率死区 Ep ①频率调节模式 ②功率调节模式 4)永态转差系数 bp 1 ○频率调节模式 2 ○开度调节模式 3 ○功率调节模式

Δ=PG-P Ep=0 Ep=0~5%PN(可调整) bp=0% bp=0—10% bp=0—10%

2.3 系统工作原理
机组频率和电网频率的测量均由测频模块完成。一方面测频模块将机频值通过 液晶触摸屏显示,另一方面将频率差值Δf(Δf=fW-fJ 或Δf=50.00- fJ)送给 PLC。 调速器具有频率调节、开度调节和功率调节三种控制模式,根据需要选择不同 的控制模式。这种切换,一是通过液晶显示器上的触摸键或二次回路接点来完成, 二是通过数字通信接口来完成。采用频率调节模式时,又分为跟踪方式和不跟踪方 式。跟踪方式运行时可实现空载频率跟踪,这样可以保证机组频率与电网频率相一 致,便于并网。当采用功率调节模式时,PI 环节按功率偏差进行调节,实现机组有 。对于功率给 功功率恒定。这种方式运行可以很容易实现全厂 AGC(自动发电控制) 定,它一方面作用于 PI 环节,另一方面通过开环控制直接作用于输出,提高了功率 增减速度。功率给定可以选择数字量或模拟量,数字量适用于上位计算机给定,模 拟量适用于 RTU 模拟量给定,运行方式很灵活。 电气开限环节是针对 PID 运算结果进行限制,限制输出不超过一定值。 数字放大器将 PLC 输出与接力器反馈采集量进行比较放大后输出。对接力器的 控制采用双闭环结构,除接力器反馈外,还有一个电机反馈,以控制无油电液转换 器精确定位,补偿步进电机失步、各种机械误差和磨损等。

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步进电机-PLC 微机调速器系统配置 第三章 步进电机
由调速器系统结构分析可知,它由电气和机械两大部分组成。柜体结构根据用 户要求可选用机械电气分柜或机械电气合柜结构。

3.1 电气系统配置 .
3.1.1 硬件配置 . . 1.柜体 (1)机电分柜: 尺寸:800×600×2300mm 或 800×600×2200 颜色:任选 (2)机电合柜: 尺寸:单调:900×800×1650mm 双调:1200×800×1650mm 颜色:任选 2.电源系统 (1) 开关电源:+24V 专供继电器及操作终端(触摸平板工业 PC 机) (2) 开关电源:+48V/+36V 专供步进电机驱动 (3) +15V 电源供反馈用 3.面板部分 操作终端(触摸平板工业 PC 机) 4.控制部分 (1)A1S62PN (2)A2ASCPU (3) A1SX40 测频模块 (4)A1SX40 (5)A1SY10 (6)A1S64AD/A1S68AD (7)A1SJ71UC24-R2 (8)日本三洋步进电机 (9)步进电机驱动器 3.1.2 软件基本配置 . . (1)实时变参数结构 PID 调节程序。 (2)实时画面显示、记录及监控软件。 (3)实时故障诊断程序 (4)双调数字协联子程序 (5)机组起停等操作子程序 3.1.3 功能增强软件配置 . . (1)与上位机通讯软件 (2)功率控制闭环调节软件 3.1.4 调试设备及软件(不属于调速器设备内) . . 调试设备及软件(不属于调速器设备内) (1)PC 机
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(2)日本三菱公司 MEDOC 软件 (3)HG-II 水轮机调速器特性综合测试仪 (4)8051 单片机仿真器 试验设备(不属于调速器设备内) 3.1.5 试验设备(不属于调速器设备内) . . (1) HG-II 水轮机调速器特性综合测试仪(用于调速器静、动 态特性测试) 。 (2) PC 机

3.2 机械系统配置 .
(1)步进式无油电液转换器(带自动复中机构) (2)主配压阀活塞及阀体 (3) 机械手操及开限机构(机构系统有两种结构,一种有机械开限机构,一种无 机构开限机构,可选) (4) 紧急停机电磁阀、双连滤油器。

步进电机-PLC 微机调速器主要功能及特点 第四章 步进电机
4.1 主要功能 .
4.1.1 调节与控制功能 . . 1. 机组频率、电网频率是采用硬件、软件相结合的测量方法,具有检错及容错 测频功能。机组频率测量采用双路测频,既可残压测频,又可齿轮测频。 2. 空载运行时,具有频率给定及频率跟踪两种控制方式。在跟踪方式下,机组 频率能自动跟踪系统频率。 3.具有适应式变参数变结构 PID 调节功能。 4.能保证水轮机组稳定运行于各种工况:空载、区域电网单 机运行、大电网并列调差运行、全厂 AGC 方式运行。 5.功率给定采用开环控制信道,能迅速、准确地增减机组功率。 6.采用图像操作终端(智能液晶触摸屏或触摸平板工业 PC 机) ,具有实时人机 对话功能,运行人员能方便地了解调速器运行状况。 7.具有实时故障诊断和显示及报警功能,并对所发生的故障进行记录、打印等。 8.具有操作记录及打印功能,以便随时查询。 9.具有水头、机组功率等模拟信号采集功能。 10. 根据水头的变化,自动修改启动开度、空载开度、负载开限和不良工况限制 区功能。 11. 具有串行通讯接口,能方便与上位机通讯,为实现全厂自动化打下基础。 12. 对于双调机组,能根据水头变化实时进行数字协联,提高发电机组效率。 13. 协联数据输入方便。可离线将协联曲线量化后,通过图象操作终端存入可编 程控制器。 14. 能实现功率闭环调节, (机组有功由外部提供)且功率给定可以为模拟量或 为数字量,以便于与常规 RTU 或监控系统的计算机连接。
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15. 具有机械自动、机械手动二种运行方式。且机械自动与机械手动之间可实现 无扰动切换,微机能自动跟踪机械手动运行,可实现无条件无扰动切换。 16. 水头信号可以选用自动和手动输入两种方式。 17. 可进行各种过程监视和实验:开机过程监视、静特性试验、空载频率扰动、 空载频率摆动、甩负荷试验。 18. 通过图像操作终端进行参数设置。 19. 由于所有输入/输出都实现数字化,所以调试、设置很方便。 20. 密码保护功能。不同的工作人员可通过输入密码进入不同的画面操作。

4.1.2 诊断及容错功能 . . BW(S)T-PLC 型可编程调速器具有较强的诊断和容错功能,它不仅包括三菱公 司 A 系统可编程本身的诊断,比如 CPU 模块、A/D 模块、通讯模块、脉冲输出模块 以及应用软件等的诊断。而且包括调速系统的测频信号、功率及水头信号、反馈信 号及机械系统、通信系统等诊断及容错,所有故障在触摸屏上指示并记录,同时送 出综合接点信号。 1.机组频率信号容错 (1)机频信号在空载时发生故障,自动切除频率跟踪功能,导叶开度关到安全的 空载位置,并可接受停机令。 (2)机频信号在发电运行时发生故障,用电网频率信号取代机频信号,负荷无扰 动,如果机频恢复正常则采用机频参与调节,负荷无扰动。 (3)机频信号、网频信号在发电运行时全部故障,调速器维持负荷不变,可以通 过功率给定或增减操作来调整机组出力。 (4)双路测频。残压测频和齿轮测频互为备用。在两种测频均正常的情况下,机 组频率大于 20HZ 时自动采用残压测频, 机组频率小于等于 20HZ 时自动采用齿轮测 频。当残压测频故障时自动切为齿轮测频,当齿轮测频故障时,自动切为残压测频。 2.电网频率信号容错 在空载时,网频信号故障,自动处于不跟踪方式运行,使机组频率跟踪频率给 定。在发电运行时,网频不参与调节。 3.导叶反馈故障、步进电机反馈故障或驱动模块故障时,步进电机失磁,使接 力器维持当前开度不变。如需要可以切到机械手动。 功率信号故障时, 调速器不完成功率闭环调节, 自动切至频率开度调节模式, 4. 可以通过上位机或常规操作控制机组出力。 5.水头信号故障时,维持当时水头值,等待水头切手动命令。 6.PLC 系统故障时,步进电机失磁,使接力器维持当前开度不变。如需要可以 切到机械手动。根据故障类型分别有不同的指示,参见 A 系列用户手册。 7.操作终端故障时,PLC 仍能完成各种控制功能,如开机、停机、负荷增减、 故障保护等功能。 4.1.3 开发调试功能 . . (1) A 系列 PLC 具有极强的开发调试功能。 (2) MEDOC 软件提供多种人机对话界面,给用户开发调试提供了极大的方便。 (3) 梯形图程序便于用户掌握。
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4.2 主要特点 .
1. 调节性能优越 采用适应式变参数、变结构 PID 调节,各种性能指标优于国家 GB9652-1997 标 准。 2.可靠性高 采用日本三菱公司 A 系列可编程控制器作为调速器硬件的主体,而可编程控制 器的平均无故障时间不小于 30 万小时,故大大提高了其运行的可靠性。 3.全数字化 调速器实现了全数字化,为数据的处理、滤波、放大、抗干扰能力的提高等起 到了很好的作用。 4.抗干扰能力强 由于 PLC 可编程控制器采用工业标准设计。加之应用软件具有自诊断、容错功 能,使调速器抗干扰能力适应电厂现场环境。 5.通用性强。可以适用于各种不同类型、不同容量的水轮机的控制与调节。 6.功能强。具有常规控制和上位机控制功能,除能实现开机、停机等常规操作 外,还兼具各种调试、试验功能,与远方通讯实现数字通讯等。 7.人机对话方便。运行人员可以通过智能液晶触摸屏(工控机)实时了解调速 器运行情况。 8.扩展功能强。根据电厂需要可以增加特有的功能。仅在原有系统上增加相应 硬件及软件,原系统不用作大的改动。 9.安装、调试及维护方便。

步进电机-PLC 微机调速器 第五章 步进电机 主要技术数据及性能指标
5.1 主要技术数据 .
1.测频环节 . (1)方式:残压测频、齿盘测频互为热备用 (2)输入电压:残压:0.2 V—200V,齿盘:24V 脉冲信号 (3)脉冲调制时间:1~20ms (4)测试范围:5~100Hz (5)测量精度:<0.0015Hz 2.调节参数整定范围 . 永态转差系数: bp=0~10% (分辨率 1%) 暂态转差系数: bt =0~100% (分辨率 1%) 缓冲时间常数: Td=1~20 秒 (分辨率 1 秒) 加速度时间常数:Tn=0~3 秒 (分辨率 0.1 秒) 3.控制参数范围 . 开度给定 PG=0~100% (分辨率 1%)
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频率给定 FG=45~55Hz (分辨率 0.01Hz) 人工失灵区宽度 E=0~±0.5Hz (分辨率 0.01Hz) 功率死区 Ep=0~5%PN 开度限制 L=0~100% (分辨率 1%) 功率给定 (分辨率 0.01MW) 4. PLC 运算速度 . 基本指令:0.2μS/指令 5. 步进电机参数 . (1) 步进电机型号及生产厂家: 步进电机型号:103H8222-0441 生产厂家:日本三洋公司 (2)二相步进电机: 2A/相 (3)保持力矩: 4.9N·M 6.电源 . (1)厂用交流电源: 50Hz,220V±10%,<550 伏安 (2)厂用直流电源: 220V±10%,<520 瓦

5.2 主要性能指标
1.调速器死区: <(0.02~0.05)% 2.甩大于 25%额定负荷不动时间:≦0.2 秒。 3.空载自动运行频率摆动: <±0.15% 4.其它指标满足和优于 GB9652-1997 国家标准。

步进电机-PLC 微机调速器的硬件构成 第六章 步进电机

步进电机— PLC 微机调速器的标准硬件构成为:A2ASCPU(1 个) 、A1SX40 (2 个) 、A1SY40(1 个) 、A1S64AD/A1S68AD(1 个) 、A1SJ71UC—R2。根据用户 的功能要求,特殊情况可增/减一些模块。

6.1 A2ASCPU 简介 .
6.1.1 概述

A2ASCPU(S1)是当今世界上最先进的微型式可编程控制器, 由 于 使 用 了 将 全 部 PLC 功 能 集 中 在 一 个 专 用 芯 片 Mitsubishi Sequence Processor(MSP),它可以达到与许多更大、更贵的 PLC 相媲美的速度和功能。它包 括: ? 64K 或 256K 字节电池后备内存 ? 内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器等 ? RUN、STOP、RESET、L.CLEAR 旋转式钥匙开关 ? RUN、ERROR 的 LED 指示灯
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? 用户程序存储卡接口 ? RS422 编程接口 6.1.2 A2ASCPU 技术规格 ☆控制 I/O 点数最多达 512 点 A2ASCPU 最多可控制 512 点 I/O,当使用 S1 型主基板时,最多可挂接 3 块扩展 基板。 ☆高速处理 A2ASCPU(S1)处理顺序指令的速度高达 0.2 微秒/步,其它指令如果算术运算、 数据处理、数据转换等也有极高的速度,因此扫描时间可降到最少。 ☆PID、浮点运算、三角函数指令 A2ASCPU(S1)包括以下高级应用指令:支持 32 个 PID 回路、浮点运算、三角 函数 SIN、COS、TAN 等。 ☆与 MELSEC A 系列兼容 所有的 AnSCPU 模块都与 MELSEC A 系列 PLC 完全兼容,顺控程序与 AnA、A3N、 AnN、A2C 向上兼容,所有的编程和外部设备都能共享。 ☆内置 14K 步 RAM 用户程序存储器,也可选用 EPROM、EEPROM A2ASCPU S1) ( 模块具有内置的电池后备 14K 步 RAM 以存储顺控程序, 也能用 EPROM 或 EEPROM 存储程序,更加安全可靠。 BW(S)T-PLC 可编程调速器选用 A2AS 作为 CPU
项目 控制系统 I/O 控制方式 编程语言 指 令 数 顺控指令 基本/应用指令 专用指令 A2ASCPU 按所存程序,反复执行 刷新方式(可用指令实现部分 I/O 直接刷新方式) 顺控专用指令、继电器、逻辑符号混合使用,也可 使用 SFC 编程语言 22 239 200 0.2 微秒/步 14K 步 512 200 毫秒 46K 字节 7144(缺省值 M0—M999,M2048—M8191) 1048(缺省值 L1000—L2047) 0 4096(B0—BFFF) 2048 T0—T199(0.1—3276.7 秒) T200—T255(0.01—3276.7 秒) (缺省值)无(0.1—3276.7 秒) T256—T2047 1024 C0—C256(范围 0—32767)

处理速度(顺控指令) 用户程序存储容量 I/O 点数 故障监视定时器(WDT) 内存容量 内部继电器(M) 锁定继电器(L) 步进继电器(S) 通讯用继电器(B) 点数 100 毫秒定时器 定 10 毫秒定时器 时 100 毫秒保持定时 器 器 扩展定时器 点数 计 普通计数器

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数 器

中断计数器 扩展计数器

(缺省值)无(C224—C225) C256—C1023

数据寄存器 D 通讯用数据寄存器 W 报警寄存器 F 累加器 A 文件寄存器 R 变址寄存器 V,Z 跳步指针 P 中断指针 I 特殊继电器 M 特殊数据寄存器 D 注释 扩展注释 自诊断功能 出错时运行模式 STOP-RUN 运行模式 允许瞬时断电时间 消耗电流 DC5V 重量

6144(D0—D6143) 4096(W0—WFFF) 2048(F0—F2047) 2(A0,A1) 8192(R0—R8191) 14(V,V1—V6,Z,Z1—Z6) 256(P0—P255) 32(I0—I31) 256(M9000—M9255) 256(D9000—D9255) 4032 3968 故障监视定时器检测,内存出错检测,CPU 出错检 测、电池故障检测等 停机/继续运行 可选,输出停机时存储的数据,或输出程序运行后 的数据 20 毫秒 0.32 安培 0.41 行克/0.90 磅

CPU 操作处理 这部分介绍了从 A2ASCPU 电源接通到顺控程序被执行所进行的操作处理,大致 分为四部分。 1.初始化处理 这是执行顺控程序的预处理。启动或复位时执行初始处理。 (1)通过复位 I/O 模块进行初始化。 (2)将数据存储器未锁范围初始化(位元件置于“关”状态,字元件置于“0” 状态。 (3)依据 I/O 模块数以及 I/O 模块在扩展单元中的安装位置,自动分配 I/O 模块 地址。 (4)自动诊断检查参数设置并执行操作电路。 (5)若 A2ASCPU 被用于 MELSECNET/B 中的主站,在给数据连接模块设置参数后, 开始进行数据连接。 2.I/O 模块的恢复处理 若输入和输出的恢复方式是由 I/O 控制开关设置的,则 I/O 模块被恢复。 3.顺控程序的操作处理 写入 PC CPU 的顺控程序从 0 步执行到 END 指令。 4.终处理 当顺控程序的操作处理完成后,程序将返回到 0 步。 (1)执行保险熔断、I/O 模块检验、电池欠压等等的自诊断检查。(2)更新 T/C 现 值并将开关置于 ON/OFF(有关细节参看 ACPU
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编程手册) (3)从计算机连接模块(A1SJ71C24—R2,AJ71C24(S3) ,AD51 (S3)等等)以及 PC CPU 中读取数据,执行写指令时计算机连接模块数据被更新。 (5) 当 MELSECNET/B 数据连路请求恢复连路时,将执行恢复处 理。 注意在接通 M9053 和执行 DI 指令时,A2ASCPU 可执行连路恢复。在断开 M9053 和执行 EI 指令时,A2ASCPU 不能执行连路恢复。

6.2 系统环境说明 .
项目 运行环境温度 存储环境温度 运行环境温度 存储环境温度 可变电阻 说明 0~55℃ -20~75℃ 10~90%RH(无凝露) 10~90%RH(无凝露) 依 照 频率 加速 JIS 10~55Hz 度 C0911 55~150Hz lg

幅度 扫描计数 0.075mm 10 次 1 个倍频 /1 分钟 抗振性 依照 JIS C0912(在三个方向 10g×3 次 耐噪音性 1500Vpp 噪音压、1us 音宽和 25~60Hz 音频的噪 音模拟器 电价质耐电压 AC 外围端子和地之间每分钟通过 1500VAC 性 DC 外转端子和地之间每分钟通过 500VAC 安装电阻 用 500VDC 安装电阻检测器测 AC 外围端子和地 之间的电阻大于 5 欧 接地 3 级接地:不能接地时可不接 操作环境 避免腐蚀性气体和灰尘 冷却方法 自冷方式

6.3 A1SX40 16 点直流输入模块
6.3.1 模块说明
型号 参数 输入点 隔离方式 额定输入电压 额定输入电流 操作电压范围 最大同步输入点数 DC(直流)输入模块(漏型) A1SX40 16 点 光电耦合 DC12V DC24V 约 3mA 约 7mA DC 10.2~26.4V(交流:5%以下) 100%同步(DC26.4V)

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通电压/通电流 断电压/断电流 输入阻抗 响应时间 断到通 通到断 公共点分配 导通批示灯 外部连接 配线尺寸 适用的压接端点 选件 内 部 耗 电 量 (5VDC) 重量

DC8V 以上/2mA 以下 DC4V 以下/1mA 以下 约 3.3 千欧 10ms 以下(DC24V) 10ms 以下(DC24V) 16 点/公共(公共点 TB9,TB18) 导通时 LEDS 灯亮 20 端子连接 0.75~1.5mm2 1.25~3,1.25~YS3A,V1.25~3,V1.2~YS3A 无 50mA(TYP,所有点都接通) 0.20kg

连接端子说明
端子号 TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB6 TB7 TB8 TB9 TB10 TB11 TB12 TB13 TB14 TB15 TB16 TB17 TB18 TB19 TB20 I/O 点 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 公共端 X8 X9 XA XB XC XD XE XF 公共端 空 空

BW(S)T-PLC 使用了两块 A1SX40,一块用于频差输入,一块用于控制输入,具 体的I/O说明详见图纸。

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6.4 A1SY40 16 点晶体管输出模块说明
6.4.1
型号 参数 输出点 隔离方式 额定负载电压/电流 OFF 漏电流 ON 最大电压降 浪涌吸收 保险容量 响应时间 断到通 通到断 公共点分配 导通指示灯 外部连接 配线尺寸 适用的压接端点 选件 内 部 耗 电 量 (5VDC) 扩展 电压 电源 电流 重量

A1SY40 16 点晶体管输出模块说明
继电器接点输出模块 A1SY40 16 点 光电耦合 12/24VDC 0.1A(电阻负载)/1 点,0.8A/组 小于 0.1mA 1.0VDC (一般)0.1A,2.5VDC(最大) 0.1A 齐纳二极管 1.6A/组 2ms 以下(DC24V) 2ms 以下(DC24V) 8 点/公共(公共点 TB9,TB18) 导通时 LEDS 灯亮 20 端子连接 0.75~1.5mm2 1.25~3,1.25~YS3A,V1.25~3,V1.2~YS3A 无 270mA(TYP,所有点都接通) 12/24VDC(10.2-30VDC) 8 mA 0.19kg

连接端子说明
端子号 TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB6 TB7 TB8 TB9 TB10 TB11 TB12 TB13 I/O 点 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 12/24VDC COM1 Y8 Y9 YA

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TB14 TB15 TB16 TB17 TB18 TB19 TB20

YB YC YD YE YF 12/24VDC COM2

6.5

A1S64AD/A1S68AD 模拟量输入模块

A1S64AD 模拟量输入模块有四路模拟量输入,通道 1 为导叶接力器反馈,通道 2 为导叶电机反馈,通道 3 为水头采样,通道 4 为功率反馈,每个通道可根据现场情 况选择电压输入或电流输入。对于双调机组,选用 A1S68AD,具有 8 路模拟量输入, 通道 1~8 分别为导叶接力器反馈, 导叶电机反馈、 浆叶接力器反馈、 浆叶电机反馈、 功率反馈、水头采样。 A1S64AD 有关说明见下表: 项目 性能 模拟输入类型 电压:DC0~±10V, 输入阻抗 1MΩ 电流:DC0~±20mA, 输入阻抗 250Ω 数字输出 16 位二进制 1/4000: -4096 TO 4095 1/8000: -8192 TO 8191 1/12000: -12288 TO 12287 I/O 特性 数字输出 模 拟 量 输 (增益:5V/20mA,偏置:0V/0mA) 1/4000 1/8000 1/12000 +10V +4000 +8000 +12000 +2000 +4000 +6000 +5V 或 0 0 0 +20mA -2000 -4000 -6000 0V 或 0mA -8000 -12000 -5V 或-20Ma -4000 -10V 1/4000 1/8000 1/12000 最大分辨率 1.25mV 0.83mV 电压输入 2.5mV 10uA 5uA 3.33uA 电流输入 满量程精度 ±1.0%(对应最大值的精度) 最大转换时间 最大 20ms/通道 4 输入通道 绝 对 最 大 模 拟 量 电压:DC±15V 输入 电流:DC±30mA 隔离方式 输入端子和内部电路之间用光电耦合隔离,各通道 之间无隔离 32 占用 I/O 点数 电耗量(5V DC) 0.4A
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A1S68AD 有关说明见下表: 项目 规格 模 拟 输 入 电压:DC—10~0~+10V(输入阻抗 1MΩ) 电流:0~+20mA(输入阻抗 250Ω) 使用微型开关的设定进行选择 数字输出 带 16 位符号的二进制数 模拟输入值 数字输出值 *1 0~+10V 0~+4000 输入输出 -10~10V -2000~+2000 特 性 0~5V 或 4~20mA 0~+4000 1~5V 或 4~20mA 0~+4000 最大分辨率 模拟输入值 数字输出值 0~+10V 2.5 mV -10~10V 5 mV 0~5V 1.25mV 1 mV 1~5V 5?A 0~20mA 4?A 4~20mA 综合精度 +1%以内(相对于最大值的精度) 最大变换速 0.5ms/1 个信道 度 最大绝对输 电压+35V,电流+30mA 入 模拟输入点 8 个信道/1 个模块 数 绝缘方式 输入端子与程控电源之间光耦合器绝缘 (信道之间为非绝缘) 输入输出 特殊 32 点 占有点数 连接端子 20 点端子块 外部电源 不需要 适用电线 0.75~1.5mm2 尺 寸 适 用 R—1.253,1.25——YS3,RAV1.25—3,V1.25—YS3A 压接端子 内 部 0.4A 消耗电流 0.27kg 重 量 *1 出厂时的模拟输入值设定在 0~+10V *2 即使是只设定 1 个信道进行平均处理, 全部信道的最大变换速度也将变为 1ms/1 信道

15

注:出厂设置如下表: 项目 电压/电流 导叶接力器反馈 电压 0V~10VDC 导叶电机反馈 电压 0V~10VDC 浆叶接力器反馈 电压 0V~10VDC 浆叶电机反馈 电压 0V~10VDC 水头采样 电流 0~20mA 功率反馈 电流 0~20mA

转换时间 6ms 6ms 6ms 6ms 15ms 6ms

6.6

模块 A1SJ71UC24-R2

BW(S)T-PLC 调速器通用通信模块为 A1SJ71UC24-R2, 用于与操作终端通信。PLC 的各种参数、采样值、状态等要上送操作终端,操作终端的各种操作信号、输入的参数 量等要下送到 PLC。其技术规格见下表: 技术规格表: 项目 接口 通讯方式 同步系统 通讯系统 数据格式 数据格式 处理周期 错误检测 DTR/DSR(ER/DR)控制 DX ON/OFF(DC1/DC3)控制 系统构成 (外部设备:PC CPU) 启始位 数据位 校验位 停止位

规格 RS—232C 约定方式 半双工/通讯系统 无约定方式/双向方式 全双工/半双工 同步系统 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200bps (开关选择) 1 7或8 1 或无 1或2 1 扫描周期 奇偶校验 代码和校验 Yes/no 通过缓冲区选择 可选择

约定方式 1:1 无约定方式 1:1 双向方式 1:1 传输距离 15m(RS—232C) DC5V0.1A 电流消耗 所占 I/O 数 32 点 220g 重量 推荐 RS—232C 转 RS—422 转换器 EL—LINE—M

16

传送特性开关设置(专用通信协议) 开关 设置项 设置开关位置 ON SW03 不用 — SW04 在 RUN 允许* 时允许/ 不允许 写 波特率 300 600 1200 SW05 SW06 SW07 SW08 SW09 SW10 SW11 SW12 传 输 速 OFF ON 度设置 OF OF F F OF OF F F 数据位 8位 设置 奇 偶 校 设置* 验位 偶/奇校 偶* 验 停止位 2 代码和 设置*

OFF 不允许

2400

4800

9600

19200 *

OFF ON ON ON OFF OF F

OFF ON OFF OFF OFF ON ON 7 位* 不设置 奇 1* 不设置 ON ON

无 效 ON ON ON

模式开关(专用通信协议) 模式设置 0 1 2 3 4* 5 6—E F 注:标*的项为出厂设置

设置内容 不用 约定方式 1 约定方式 2 约定方式 3 约定方式 4* 无约定方式或打印方式 不用 自检

6.7 .

操作终端

操作终端既可选用工业平板 PC 机,也可选用触摸屏。操作终端作为人机界面的 操作、显示、数据设置、试验等功能详细请见《操作终端说明书》 。

6.8 .

步进电机驱动模块
17

步进电机驱动模块选用日本 ROZE 公司生产的高质量的步进电机驱动模块 RD —323MS,内装振荡器实现细分步驱动,为保护细分步运行,可从低速到高速驱动, 3A/相高输出、高频率,采用铝镁合金外壳,抗干扰,散热好。采用自动电流降电路。 其性能见下表: 性能 型号 电源电压 电源电流 励磁电流 驱动方式 RD—323MS DC18V—40V(绝对最大额定电流 40V) 相当额定电流 1.2 倍(最大) 0.3—3.0A/相 特殊单极恒流斩波电路 将基本步 1—80 细分 ※设定可能的分割数(14 种类) 64、32、16、8、4、2、1 80、60、20、10、5 50、25 停止脉冲输入后 0.3 秒由 CURRENT STOP 旋钮设定 将电流变为动作时电流的 0—80% 600KppsMAX(SPEED 输入=5V 时) 电流电压低下保护、电机误接保护、过热保护 63(M)×105(W)×56(D)mm 250g

细分数

自动降电流 响应频率 保护电路 外形尺寸 重量

通过驱动器面板旋钮可调整电机速度、启动时间、运行电流、停止电流、细分 数和驱动电流等级等。

6.9 .

步进电机

步进电机选用日本三洋公司生产的二相步进电机 103H8222-0441, 其具体特性如 下表: 项目 绝缘介质强度 绝缘电阻 绝缘等级 允许的径向负载 允许的轴向负载 说明 1000VAC 100MΩ(500VDC) B级 220N 60N
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基本步进角 电压 每相电流 每相电阻 感抗 保持力矩 转动惯量 质量

1.8o 2.8V 4A/相 0.7Ω/相 5.7mH/相 4.9N·M(50kg? 2.9 10-4kg·m2 2.5kg

·cm)

步进电机 103H8222 频率-转矩特性和尺寸如下图: 步进电机 103H8222 频率-转矩特性:

19

步进电机 103H8222 尺寸(mm):

6.10 测频模块 SCCP01 .
机频残压信号 FJ 和网频信号 FW 由机端 PT 引入,电压范围为 0.2~200V,频率范 围为 5~99.99Hz ,经整形滤波后送入 80C51FA 智能测频系统。开关量油开关、不跟 踪由二次回路送入,供 80C51FA 智能测频系统对 FJ 和 FW 的各种状态进行判断,送 不同的频差至 PLC,频差范围:-32.76HZ~32.76HZ,机频和网频可在面板上分别显 示,测频故障通过频差送出。
20

1.原理图如下(见下图) 原理图如下( 原理图如下 见下图) : (1) 机组频率信号和电网频率信号经整形后分别送到 80C51FA 单片机的高速计 数门阵列输入端,用中断方式测量机频和网频信号周期。 既可残压测频, 也可齿盘+磁感应探头测频。 (2) 测频模块对机频实行双路测频, 残压由机端 PT 引入,齿盘安装在水轮机主轴上,由两个磁感应探头检查齿 盘转速,再转换为频率。在残压测频和齿盘测频都正常的情况下,当机频< 20Hz 时,采用齿盘测频;当机频≥20Hz 时,采用残压测频。 (3) 软件对被测频率信号周期处理后,通过 16 位输出口,向可编程控制器送出 频差信号和特征信号。 测频模块当接收二次回路油开关和不跟踪,频差为 50HZ-Fj,否则频差为 Fw-Fj。 2.测频特性: .测频特性: (1) 测频灵敏度: 机频和网频信号的测频灵敏度均为 1200 个脉冲/Hz。 (2) 频差的计算: a. 油开关分、跟踪网频且网频正常时:△f= FW -FJ,即网频减机频。 b. 油开关合或油开关分但跟踪频给或网频不正常时: △f=50- FJ。 c. 测频周期:被测信号为 50Hz 时,采样周期为 0.04 秒。

油开关 不跟踪 残压 机频 脉冲 网频

光隔 80C51FA 整形 系统 整形 PLC 操作 终端

测频原理图

21

6.11
6.11.1 项目

电源系统

PLC 电源模块说明 说明 A1S61P A1S62P 基本安装位置 电源模块安装槽 输入电压 100~120VAC±10% 85~132VAC±15% 200~240VAC±10% 170~264VAC±15% 50/60Hz±3Hz 输入频率 最大输入功率 105VA 输入电流 8msec 内 20A 5A 3A 5VDC 额定输出 0.6A 24VDC 电流 5VDC 过载电流 5.5A 以上 3.3A 以上 24VDC 保护 0.66A 以上 5VDC 5.5~6.5V 5.5~6.5V 过载电压 24VDC 保护 功率 电源显示器 端钮螺钉尺寸 配线尺寸 适用的无焊剂端钮 拧紧转矩 外形尺寸 重量 kb(ib)

A1S63P

DC24V

8.3A

65%以上 电源 LED 灯亮 M3.5×7 0.3~3mm×mm 1.25—×3V,1.25—YS3A,V2—S3,V2—YS3A 8.5~11.5kg/cm 130×55×94 0.53(1.17)

6.11.2 外部电源
BW(S)T-PLC 调速器系统除了 PLC 工作电源外,还设计了+48V/+36V,+24V、 +15V 外部电源。外部电源选用台湾明纬开关电源,采用交、直流同时输入。每组电 源内部工作原理相同。仅只是输出电压不同,原理框图如下: +48V/+36V:供驱动模块用 +24V : 供 外部继电器、 操 作终端和机械 滤波 AC220V 整流 稳 电 柜上的指示灯 保护 压 压 用 电 输 +15V : 供 出 接力器反馈、 路 电 DC220V 机反馈、 表头调 整板用 交流输
22

入电压/频率:190~260VAC/47~63HZ 效率:典型值 70%(满载时) 安全标准:满足(A)UL478(B)VDE0871B 级 过电流保护:所有输出端均有短路保护和过流保护。 绝缘测试:输入端与地之间,输入端与输出端之间 绝缘电阻:30M 欧 工作环境温度:0~50 摄氏度 直流输入电压:DC220V±10% 交流输入电压:AC220V±10% 交直流电源互为备用

步进电机-PLC 微机调速器系统 第七章 步进电机 控制原理及 PID 实现
调速器系统方框图及数字模型在《水轮机调节》书中作了详细的推导,在这里 我们只引用其结果。 7.1 调速器方框图 . 对具有辅助接力器的调速器,有如下框图
引导阀 测频 1 bf bt 辅接 1 TyBS 主配 1 主接 1 TyS Y

bn 1+TnS 1+Tn S

局部反馈

bp

btTdS TdS+1

硬件装置

忽略 TYB(0.1~0.01 秒) ,有:
G(S)=

Tds+1 bλTyds2+[bλTy+(bp+bt)Td]S+bp



1+TnS 1+Tn′ S

考虑 bp=0 时的情况,则有:
G(S)= 1 (1+Tn + 1 +Tns) bt Td Tds

23

= Td+Tn + 1 btTd btTd

1 + Tn S S bt

7.2 KP、KI、KD 与 bt、Td、Tn 的关系 . 、 、 由 7.1 节中的传递函数公式 有;
Kp= Td+Tn KI= 1 KD= Tn btTd , btTd , bt

这样就可以在 bt、Td、Tn 平面上选择好 bt、Td、Tn 的值,再换算成 Kp、KI、 Kd 进行控制计算。 7.3 PID 调节规律 . 1.PID 调节模式 将 7.2 节中的结果,重新列如下算式:
G(S)=Kp+KI 1 + KdS S 1+TS

(1) (2) (3)

Kp= Td+Tn btTd KI= 1 btTd Kd= Tn bt

2.PID 调节特性 . (1) 条件:bp=0 阶跃量△X,扰动时刻 t=0 (2) 特性

Y
YD = Kp X T Yp=Kp X Td+Tn
0

Y1

T

t

t

(3) 设计值(理论值)计算: ① 比例增量:

△Yp=Kp△X=
② 微分增量:

Kd+Tn X btTd ╳△

△YD=

Kd Tn X= 1 T △ T ╳ bt

△X
24

③ 积分作用: a) 速动时间常数,其物理意义是:当频率阶跃量△X=1(即频率变化 50Hz)时, 积分作用下,接力器 Y 由 0 至 1.0(相对量)所需的时间。 b) 在实际频率阶跃变化△X 下,积分作用使接力器走全行程的时间为:
t

全=

btTd △X

7.4 PID 离散算法 .
以上我们讨论的均是连续 PID 控制,要通过计算机实现,必须先对其离散化。 令: e(t)=e(KT) Y(t)=Y(KT)
k

∫t0 e(t)dt=T∑ e(jT)
j=0

(矩形积分)

de(t) = e(KT)-e(KT-T) dt T

式中 T 为采样周期。 在上述离散化过程中,必须保证周期 T 足够短,才能保证一定的精度。
Y(KT)=Kpe(KT)+KIT



e(jT)+ KD [e(KT)-e(KT-T)] T

该式被称之为位置式 PID 算法,位置式 PID 数字调节器的输出 U(KT)为全量输 出,是执行机构所应达到的位置,数字调节器的输出跟过去的状态有关,计算机上 运算工作量大,需对 e(KT)作累加,而且,计算机的故障很有可能使 U(KT)作大幅度 的变化,为此提出了增量式控制算法。 Y(KT-T)=Kpe(KT-T)+KIT∑e(jT)+ T [e(KT-T)-e(KT-2T)] 式中 △e(KT)=e(KT)-e(KT-T) △e(KT-T)=e(KT-T)-e(KT-2T) Y(KT)=Y(KT-T)+ △Y(KT) 增量式算法虽然只是算法上的一点改动,却带来了不少优点和方便之处。算法 中不需作累加,增量只跟最近几次采样值有关,容易获得较好的控制效果。 但是,微分作用容易引进高频干扰,导致调节性能的不稳,因此,在实际应用 中,往往在微分调节器上串联一个低通滤波器来控制高频干扰:
GD(S)= KDS T+Tfs

KD

也就是说利用实际微分代替理想微分,输出波形见下图:

25

KD T I

KD T+Tf I

P

P

△Y(KT)=Kp△e(KT)+KITe(KT)+ △U0(KT)

△UD(KT)=T+Tf

Tf

+

KD [ e(KT)e(KT-T)] △ T+Tf △

Y(KT)=Y(KT-T)+ △Y(KT) 7.5 控制框图及 PID 实现 . 在系统结构的章节中,已经介绍了系统框图,只考虑频率调节模式,可得出如 下控制框图(见下页) : 为了加快增减功率的速度、开度给定的增量△YG(K)直接加于输出,考虑 bp 及开 度给定回路 Y(K)=YPIYG(K)+YD(K) 式中 YPIYG(K)X 为比例积分及开度给定三项输出之和,YD(K)

测频模块 e(k)

P D + bp I + +

y(k) y(k) 延时 y(k-1)

直线参考模型

YG (K)=Y G (K)-Y G (K-1)

YG

开度给定

为微分输出: YPIYG(K)= YPIYG(K-1)+ △YD(K)+ △Y1(K)+ △YG(K) △YD(K)=T+Tf YD(K-1)+T+Tf △e(k) 具体由计算机计算时,t、T、Tf 选取适当的值。
KD KD

26

步进电机-PLC 微机调速器软件编程说明 第八章 步进电机
8.1 主程序流程框图(见下页) . 主程序流程框图(见下页)
整个控制程序包括许多程序模块,每个程序模块又由相应的程序组成, 1.上电或复位程序: .上电或复位程序: (1)设置标志单元(D 和 M) ; (2)PLC 模块初始值; (3)设置定时器初始值; (4)采样导叶反馈及频差; (5)PID 参数初值设置。 2.停机等待: .停机等待:
Y>7%,f>40Hz 且DL合 上电或复位 Y<7% 或f<40Hz Y>7%,f>40Hz 且DL分

停机等待 开机令 开机过程 停机令 停机 停机令 空 f>45Hz 载 DL合 负 载 DL分 甩负荷 调 DL分 相

(1)A/D 采样; (2)上位机通信; (3)故障诊断及显示; (4)操作监视; (5)参数修改及 PID 系数计算。 3.开机过程: .开机过程: (1)开机; (2)读频差及检错; (3)A/D 采样及脉冲输出; (4)故障诊断及处理; (5)操作处理。 4.空载: .空载: (1)读频差及检错; (2)故障诊断及处理; (3)操作处理;
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(4)参数修改及 PID 系数计算; (5)PID 计算; (6)A/D 采样及脉冲输出; (7)显示控制; (8)上位机通信。 5.负载:除了实现空载的功能外,还具有: .负载: (1)模式判断(人为和自动) ; (2)功率闭环调节。

8.2 调节模式: . 调节模式:
BW(S)T-PLC 设有频率调节模式、开度调节模式及功率调节模式。 1.频率 开度调节模式: 开度调节模式: .频率/开度调节模式 (1)条件: a.空载运行; . b.负载运行时,指定为频率/开度调节模式; . c.功率调节时,功率信号故障或频率超差。 . (2)运行: )运行: a.调节规律:PID; . b.给定参数:频率给定、开度给定; . c.人工失灵区:空载为 0,负载可以设置±0.5Hz; . d.增减开度给定。 . 2.功率调节模式: .功率调节模式: (1)条件: 负载运行时,有功率调节指令。 (2)运行: a.调节规律:PI; . b.给定定参数:功率给定; . c.功率死区:0~5%PN。 . 3.功率给定信号: .功率给定信号: 在功率调节时,功率给定可为下列三种方式。 (1)数字量:在“功率自动” ,由上位机通过通讯口送来 (2)开关量:在功率手动时,通过中控室或面板增减键调整功率,在下列条件时 选择开关量方式; ☆在“功率自动”时,通信通讯故障;

8.3 开机、停机规律: . 开机、停机规律:
1.开机规律: .开机规律: 1)基本开机特性:

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Y b c d

Y1

Y2

e

t
a.接到开机指令后,调速器将导叶开启至第一开机开度 Y1; . b.开机,开始检测机组频率; . c.检测机组频率是否大于 45Hz。 . d.机组频率连续渐变到大于 45Hz,则将导叶关闭至第二开度 Y2; . e.调速器由开机工况转入空载工况,进行 PID 调节。 . 2)开机特性与水头的关系: 开机特性中的第一开机开度 Y1 和第二开机开度 Y2 均与水头有关,调速器中已 存入了电厂各种水头下的 Y1 和 Y2 数表。根据水头值,调速器自动根据水头值 Y1 选择开机规律。 在到达开机顶点后,如果检测频率故障或在一定的时间内未达到 45HZ,则自动 将导叶关到空载位置。 2.停机规律: .停机规律: 1)接到停机指令后,导叶即由当时开度,以第一停机速度将导叶关闭。 2)当导叶关闭至 20%(可以调整)开度时,即以第二停机速度将导叶关闭至全 关位置。 (图见下页)
Y

a b

20%

c t
8.4 数字协联 .
8.4.1 双调节水轮机的协联特性 . . 1.协联文档: 协联文档: 协联文档 根据用户提供的机组协联曲线,将其以表格的形式离散化,每条协联曲线离散 成 100 点,按一定的格式存放在协联文档*·Dat 中( ‘*’用以‘协联数据’开头的 文件名代替)通过操作终端直接下载到 PLC 内存单元。
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协联文档的格式如下: (1) 文件名以“协联数据”开头,扩展名为 Dat (2) 第 1 个小数点后是协联曲线号,必须是五位数据,小数点前可标 示为“0” (3) 第 2—101 个小数点后是协联数据,协联数据也必须是五位,小 数点前可标为“1”—“100” ,以便识别具体的数据 (4) 为了提高可读性,可在文档开始处输出 “协联曲线 1”等字样, 但不可带小数点。小数点后只能跟协联曲线号或协联数字 (5) 具体式样如下(以协联曲线 1 为例) 文件名:协联数据 1·dat 文件内容: 协联曲线 1 0.00001 ……………… 1.00000 2.00000 3.00000 ……………… 70.00281 71.00353 ……………… ……………… 100.10000 (6)每条协联曲线都建立一个文档,然后通过操作终端逐条下载到 PLC,PLC 为协联曲线保留的数据区可存放 20 个水头下的协联曲线。 2.协联水头文档 协联水头文档: 协联水头文档 协联水头可通过操作终端,以文档的形式下载到 PLC,文档格式如下: a. 第 1 个小数点后是 00000,小数点的前面可标示为“0” b. 第 1—20 个小数点后是水头值,水头值以 0.1m 为单位,小数点前可标示 为“1”——“20” c. 文件名是: d. 具体式样同协联曲线,只是数据个数不同而已。 3.水头值: 水头值: 水头值 水头值可以由下列几种方式获取: (1)通过通信接口接收上位机送来的水头值; (2)通过 A/D 模块,采样水头传感器送来的水头信号; (3)通过操作终端手动输入。 8.4.2 协联插值算法: . . 协联插值算法: 双重调节水轮机的协联曲线是一个具有两个自变量的函数 Φ=f(a,H)。其中Φ为 浆叶角度,a 为导叶开度,H 为水头。 如下图所示:

30

a f(a) a0
Hi H

f(a+1)
H i+1

Hi

H

H i+1

上图是在任意两条水头下 Hi,Hi+1 的导叶与浆叶的协联关系曲线,当导叶开度在 某一值 a0 时,可以直接在离散的数据区内查表,查到浆叶的转角值ΦHi,,ΦHi+1。 若现行水头 H 在某两条水头 Hi 和 Hi+1 之间,则利用线性插值法求得浆叶转角值:Φ H
Φ ΦH=ΦHi +H
Hi-Φi i+1-Hi

(H-Hi)

8.5 自动、手动运行及相互切换: . 自动、手动运行及相互切换:
当机械液压系统,手动、自动切换阀在自动位置时,PLC 执行自动运行程序。 除此之外,还设计了机手动运行、机手动切自动、机自动切手动等相互切换程序, 这些程序在主程序流程图中未体现出来。在下一章节中,具体介绍上述运行方式。

8.6 软件使用的寄存器,继电器说明: . 软件使用的寄存器,继电器说明:
1.数据寄存器使用说明: .数据寄存器使用说明: 将数据寄存器 D 设定成掉电不保持和掉电保持两个部分。 a.掉电不保持:D0~D199 用于暂存程序运算结果; b.掉电保持:D220~D7999 用于存放程序固定参数,如机组相 关参数,PID 调节参数,显示代码等。D200~D511 根据参数设定,可以变为非电池 备用区;D512~D7999 为电池备用固定区,区域特性不能变更。 2.内部继电器使用说明: .内部继电器使用说明: M0~M499 用作程序内部辅助继电器。

步进电机-PLC 微机调速器面板说明 第九章 步进电机
BW(S)T-PLC 调速器可以采用机电分柜或机电合柜形式。 现将各自的面板分别介 绍如下。 9.1 机电分柜面板说明 BW(S)T-PLC 调速器电柜上只有一个操作终端,含触摸键和各种状态监视 及操作画面等,既简单可靠又美观大方。 BW(S)T-PLC 调速器机柜上有仪表指示、操作按钮及指示、频率计等。 9.2 机电合柜面板说明
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机电合柜面板布置如下: (由上而下) 仪表指示 操作终端 操作按钮及指示 1.仪表指示 浆叶角度(双调) 浆叶开限(双调) 导叶开度 导叶开限 2.操作按钮及指示 操作按钮都选用带灯按钮,既可操作也可指示状态。操作按钮如下: 锁定投入(指示灯) ; 锁定拔出(指示灯) ; 导叶机械手动; 浆叶机械手动; (双调) 紧急停机(指示灯) ;

步进电机-PLC 微机调速器 第十章 步进电机 机械液压系统
10.1 概 述 BWT 及 BWST 型 机 械 液 压 系 统 经 PLC 调 速 器 控 制 系 统 控 制 高 精 度 细 分步步进电机机驱动器,驱动滚珠丝杆及自动复中精确定位装置,使引 导阀和主配压阀移动,并按比例输出具有一定流量 Q 的液压油,以驱动 执行元件(接力器)控制水轮机的转速和负荷来获得相当高的控制调整 精度,满足用户安全可靠的实际需要,从而达到高品质的调速要求。 机械液压控制系统组成及原理图如下:

紧急停机电


接 力 器 发 电 机 轮 水

输入 电信号

PLC 控制 系统

无油电液 转换器

位移 自动复中

引导阀— 主配压阀

流量

电液比例控制

接力器

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PLC 调 速 器 控 制 系 统 根 据 输 入 电 信 号 和 反 馈 ,经 P ID 运 算 、放 大 后 , 输出数字信号给无油电液转换器, 油电液转换器再输出成比例的位移, 无 经引导阀和主配压阀液压放大而形成巨大的操作力,控制水轮机的导叶 开度α和桨叶转角φ,实现水轮发电机组的调速和负荷控制。 电液(比例)随动系统具有二级液压放大,第一级是引导阀和辅助 接力器,第二级是主配压阀和主接力器。 PLC 调 速 器 控 制 系 统 将 输 出 信 号 与 接 力 位 置 反 馈 信 号 进 行 比 较 放 大 后,输出数字信号驱动步进电机带动滚珠丝杆及自动复中装置,产生与 输出信号成比例的位移,因该装置与引导阀直接连接,所以此位移使引 导阀产生相同的位移行程,并通过辅助接力器使主配压阀也产生相应的 位移,同时向主接力器配油使之产生位移,直到主接力器位置信号与输 出的数字信号相等为止。 本系统的特点是:无油电液转换器独特的自动复中精确定位装置, 无需调整;在步进电机退出工作时,能保证引导阀、辅助接力器、主配 压阀迅速回复中位,使主接力器保持在原位,静态耗油少,性能稳定, 频率响应好。调整维护十分简单方便,无传统电液伺服阀的节流孔,不 存在抗油污问题,可靠性高,避免了环节过多造成系统不可靠。 为提高可靠性,本系统取消了机械反馈杆件和反馈钢丝绳,对厂房 布置极为有利。 BWST 型 为 双 重 调 节 机 械 液 压 系 统 , 由 导 叶 和 浆 叶 两 部 分 组 成 , 采 用电气协联,其原理和结构相同,但只有导叶机械液压系统设有紧急停 机装置。 根据用户要求,可提供机械分段关闭装置。 型号说明: B— 步 进 电 机 W— 微 机 S— 双 重 调 节 T— 调 速 器 100— 主 配 压 阀 活 塞 直 径 ( φ 100mn) 。 10.2 主 要 部 件 介 绍 1、 无 油 电 液 转 换 器 ( 专 利 号 : ZL 00 2 24552.3) BZ 无 油 电 液 转 换 器 是 我 公 司 研 制 开 发 的 新 一 代 电 液 伺 服 机 构 ,该 机 构是在研究了国内外电液伺服机构的优缺点后,扬长避短,经科研人员 精心研制成功的具有自我知识产权的专利产品,并获得日内瓦国际专利 技 术 成 果 博 览 会 金 质 奖 , 自 动 时 BZ 无 油 电 液 转 换 器 通 过 高 精 度 细 分 步 驱动器驱动步进电机及大导程滚珠螺旋副,直接带动引导阀上下运动, 使控制油腔接通压力油或排油,从而达到控制辅助接力器及主配压阀的 目 的 。 BZ 无 油 电 液 转 换 器 还 装 有 电 机 反 馈 位 移 传 感 器 , 使 BZ 无 油 电 液 转换器的控制形成闭环,从而补偿步进电机的失步、机械磨损及加工误 差 等 , 提 高 BZ 无 油 电 液 转 换 器 的 定 位 精 度 。 BZ 无 油 电 液 转 换 器 采 用 独 特 的 自 动 复 中 精 确 定 位 装 置 ,其 特 点 是 采
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用了一个定位块,一对复中上弹簧,下弹簧直接利用引导阀弹簧,其复 中上弹簧的预压力 2 倍于复中下弹簧(引导阀中的)预压力,而上下操 作引导阀阀芯的力又大小相同。 复中上弹簧将定位块压向限定位置,而复中下弹簧又使引导阀阀芯 通过调速杆连接套压在定位块上,形成上大、下小的复中力(上复中力 已为定位块限止,没有外力是不会上下动作,而下复中力也推不动上定 位套) ,所 以 连 接 套 向 上 运 动 时 ,引 导 阀 在 弹 簧 的 作 用 下 ,随 之 上 移 ;连 接套向下移动时引导阀在旋转力矩的作用下,向下移动。由于大导程滚 珠螺旋副能逆向转动,在复中力的作用下,使连接套复中至限定位置, 精 确 定 位 ,此 时 只 要 调 整 引 导 阀 的 中 位( 即 零 位 ) ,使 主 接 力 器 在 5 分 钟 内 位 移 量 小 于 1mm, 即 是 自 动 零 位 和 手 动 零 位 。 当步进电机退出工作时,用双手转动手轮,能模拟步进电机操作阀 芯,松开手轮,在复中装置作用下,阀芯迅速回到中位。 2、 主 配 压 阀 主配压阀用于直接控制和操作导叶接力器或桨叶接力器,我公司生 产 主 配 压 阀 直 径 从 φ 40、 φ 50、 φ 80、 φ 100、 φ 150 五 种 , 其 中 φ 40、 φ 50 适 用 于 调 速 功 为 1800、 3000、 3500、 5000 调 速 器 改 造 及 配 套 。 如 果是双重调节, 叶的主配压阀直径可小于或等于导叶主配压阀的直径, 桨 根 据 用 户 实 际 情 况 选 配 ,主 配 压 阀 用 优 质 材 料 40cr,耐 磨 损 ,它 由 阀 体 、 活塞、辅助接力器活塞、主配压阀活塞、引导阀及开、关时间调整螺栓 组成,其中阀体、活塞、辅助接力器活塞和主配压阀活塞在结构上做成 一体。 主配压阀由引导阀和辅助接力器构成一级液压放大,主配阀和主接 力器构成二级液压放大。 辅助接力器上腔始终接通压力油,引导阀活塞向上移动一个距离, 辅助接力器的下腔接通压力油,由于辅助接力器下腔有效面积大于辅助 接力器上腔有效面积,压力油将辅助接力器活塞向上移动一个距离,直 至 引 导 阀 活 塞 重 新 封 死 进 油 口 ,辅 助 接 力 器 便 稳 定 在 一 个 新 的 平 衡 位 置 ; 引导阀活塞向下移动一个距离,辅助接力器的下腔接通排油,由于上腔 始 终 接 通 压 力 油 ,辅 助 接 力 器 向 下 移 动 一 个 距 离 ,直 到 引 导 阀 活 塞 重 新 封 死排油口,辅助接力器便稳定在另一个新的平衡位置。故辅助接力器活 始 终 随 动 于 引 导 阀 活 塞 。由 于 辅 助 接 力 器 活 塞 与 主 配 压 阀 活 塞 做 成 一 体 , 故主配压阀活塞也随动于引导阀活塞。 当主配压阀活塞在中位向上移动时,主接力器开启侧通压力油,关 闭侧通排油,主接力器活塞向开机方向运动。反之,主接力器活塞向关 机方向运动。 调整主配压阀上部的开关机时间调整机构,可限制主配压阀活塞的行程,实现 开关机时间调整。 3、紧急停机电磁阀 机组正常运行时,紧急停机电磁阀处于接通引导阀压力油、辅助接力器下腔与 排油的油路通道被切断的位置,故引导阀与辅助接力器正常运行。 紧急停机接点闭合时,电磁铁将紧急停机电磁阀推到另一个位置,使辅助接力 器下腔通排油,引导阀的下腔压力油也同时切断,故辅助接力器在上腔压力油的作 用下,向下操作主配压阀活塞,实现紧急停机,并有可靠的位置指示接点。 (投入、
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复归) 必要时,也可手按紧急停机电磁阀本身配备的按钮,现场实现紧急停机。 4、位移传感器 位移传感器采用耐磨而精密的电位器作转换元件。接力器通过钢丝绳与用盘簧 扭紧的滑轮相连,滑轮轴又与电位器相连,由电位器输出 0~10V 电压。位移传感器 有直线位移和旋转位移两种。 5、滤油器 滤油器有两个滤网,运行时可快速切换。滤油器上装有网后油压表,可观测网 后油压。如用户需要可配装压差发讯器。 6、分段关闭装置 分段关闭装置由分段阀、单向阀和凸轮等组成。凸轮固定在接力器传动机构回 复转轴上,在分段之前,分段阀下部滚轮不和凸轮接触,当接力器关闭到回复转轴 上的凸轮顶着滚轮,带动先导阀上升时,分段阀的节滚活塞下腔即瞬时接通压力油, 节流活塞迅速上升至其上方调整螺钉整定的位置,于是接力器在关闭过程中开始分 段进行慢关机。 调整分段阀上方的调整螺钉,可以改变节流活塞与阀体之间的节流面积,从而 可以改变分段后的慢慢关机速度。 转动凸轮,改变它和回复转轴的相对位置,就可以改变分段关闭的拐点位置。 单向阀可以保证导叶接力器能从全关位置快速开启到分段拐点而不受分段阀节 流影响。 该分段关闭装置全部采用刚性联连,可以精确地进行调整,一经调妥后,分段 拐点及分段后速度不会再变化,安全可靠。由于该分段关闭装置靠近接力器,所以 对装有事故配压阀的水电站,同样能起到最终分段的作用。无需在事故配压阀之后 再装分段关闭装置。 7、机械液压柜 机械液压柜宽×厚×高为 750×600×1500 (mm) 或按用户要求定做。 柜的正面, 上方设有实际开度、转速、平衡表等针表以及手/自动切换等控制按钮,紧急停机指 示灯、接力器锁定拔出/投入位置指示灯。柜的正面和反面均镶有有机玻璃,可以清 楚地看到柜内机械液压系统全貌。主配压阀悬在柜的底板之下。机械液压部分总重 约 800kg(包括基础架) 。 注:如要求机电合柜,机械液压部分要求的尽寸为 750×600×1000(mm) ,机 电合柜最高尺寸、柜的造型、布置细节,可与定货电站商定。 8、装配和调整 装配 (1) 所有零部件装配都必需有符合相关图纸的技术要求。 (2) 装配前,所有零部件都必需洗干净。特别是液压集成块、主配压阀的阀盖 及其它有内部管道的零部件, 都要用压缩空气吹净管内杂质并用煤油反复 冲洗干净。 (3) 各处 O 型密封垫均不得碰伤或漏装。特别是主配压阀的上、下高压耐油 石棉橡胶垫等必需装正,用锥销或定位螺钉精确定位。 (4) 主配压阀的阀盖和阀体连接好,再与底板连接,顺序是:先紧好阀盖和底 板的联结螺栓,然后,从底板反面用螺栓通过连接条将阀体和底板固牢, 再连接阀体侧面的法兰和管道等。 (5) 主配压阀活塞、引导阀活塞应能靠自重在各自的阀体或衬套内自行滑动,
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不得碰伤活塞上的尖角。 (6) 步进电机操作机构等部件装配后均必须动作灵活,不得有卡阻现象,所有 滑动面均应上一层黄油。 (7) 在额定油压下,所有密封面均不允许漏油或渗油。 零位调整 开、关机调整螺栓均调至主配压阀最大行程的位置,开启调速器总进油阀, 使调速器各处充油,由于滚珠螺旋自动复中装置的零位无需调整,调整零位实 际上就是调引导阀的中位。先松开螺母,调节其下方连接螺杆,使引导阀活塞 相对于压盖上、下移动,当引导阀活塞调整到主接力器能在任何位置稳住为止, (轻轻转动滚珠螺旋自动复中装置的手轮,可使接力器开和关) 。由于是开环, 不可能调到接力器完全不动,一般接力器在 5 分钟之内的飘移小于 1 毫米就行 了,再将螺母并紧。

步进电机-PLC 微机调速器 第十一章 步进电机 运行操作说明

11.1 调速器上电或复位 .
当合电源开关(交流、直流)或复位 CPU,根据不同情况执行的结果不同。 1. 导叶手动/自动切换开关处于“自动”状态时,程序执行顺序如下: (1)故障锁定投入,电机失磁; (2)采样导叶反馈; (3)读频差; (4)当机频大于 45Hz 时,PLC 跟踪导叶开度,故障锁定复归。油开关为分时, 进入空载过程,油开关为合时,进入负载过程; (5)当机频小于 45Hz,PLC 不跟踪导叶开度,输出为零,故障锁定复归,进入停 机等待状态;导叶电机向关方向转一定的角度,使导叶在关方向有一定的作用力。 (6)执行故障诊断,所有故障状态灯应全灭。 2. 导叶手动/自动切换开关处于“手动”状态时: (1)“机械手动”灯亮; (2)执行手动运行程序,采样导叶开度,且 PLC 跟踪。

11.2 模式切换 .
一、 调节模式切换 调节模式有三种,分别是:频率调节、开度调节和功率调节。 1. 空载工况下,调速器自动处于频率调节模式。
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2. 负载工况下,按下功率调节按键,调速器处于功率调节模式, 与功率反馈形成闭环控制,功率给定不变时,自动恒功率发电;按下开度调节按键, 调速器处于开度调节模式,与导叶开度反馈形成闭环控制,开度给定不变时,自动 维持导叶开度不变。 3. 在功率调节模式下,若功率反馈故障或频率超差,调速器自动 取消功率调节,切换为开度调节模式。 4. 在功率调节模式下,功率自动时,功率由上位机通信给定; 功率手动时,功率由功给增/减开关量给定。 二、跟踪切换 1. 调速器上电时,自动跟踪网频。 2. 点跟踪频给时,跟踪频给灯亮,调速器跟踪频给。 3. 点跟踪网频时,跟踪网频灯亮,调速器跟踪网频。

11.3 增加、减少操作 . 增加、
1. 功给增/减 (1)在开度调节模式下,按此键,改变的是开度给定。通过改变导叶开度达到改 变功率。 (2)在功率调节模式下,功率手动时,改变的是功率给定;功率自动时,开关量 增减无效。 2. 频给增/减 在空载工况下,跟踪频给时,可改变频率给定值,否则,频给增/减无效;在其 它工况下,频给增/减无效。 3. 电气开限增/减 用于增/减电气开限,从而限制导叶开度和机组有功。 4. 水头改变 在水头手动状态下,点设定水头值即可手动修改水头

11.4 机械部分操作 .
请见第十章说明。

11.5 调速器运行操作 .
1.停机备用状态: .停机备用状态: (1)机频显示 00.00; (2)导叶全关 y=0; (3)电机处于关机位置;平衡表偏向关机方向。 (4)浆叶为起始角度 2.自动开机并网 . (1)满足开机条件,调速器处在停机备用状态; (2)给开机令,并保持;状态画面显示“开机” ,导叶开度渐渐打开到开机顶
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点,浆叶从起始角度往回关。 (3)转速开始上升,机频开始显示; (4)当频率大于 45Hz 时,自动进入 PID 调节,机频跟踪电网频率; (5)同期条件满足,即可并网; (6)并网后,状态画面有“并网”指示,电气开限为 100%。 3.增减负荷 . (1)功率调节时,通过上位机或模拟功率给定可以调整负荷; (2)频率/开度调节时,可以通过中控室增减把手或触摸屏上 的功给增减触摸键来调整负荷; (3)在功率调节时,如果数字功率给定或模拟功率给定故障,也可以通过中控 室把手或触摸屏功给增减触摸键调整负荷。 4.调相 . 机组并网状态,给调相令,并保持,状态画面有“调相”指示,导叶自动全关, 电气开限为零。 5.解除调相 . 断开调相令,状态画面无“调相”指示,电气开限为 100%,调速器将导叶自动 开到空载,按调整负荷程序改变机组出力。 6.自动停机 . (1)给停机令,状态画面有“停机”指示,自动减负荷; (2)当负荷减到零时,跳油开关; (3)导叶继续关到零; (4)当转速下降到 40Hz 以下,浆叶打到起始角度;导叶电机停在关机方向, 平衡表显示关机量。 (5)机组停稳,停机过程完成。 7.机械手动开机并网 . 机械手轮操作,具体操作参见机械部分说明。 (1)手动/自动切换阀切到手动或按下手动按钮, “机械手动”灯亮,PLC 开始 跟踪导叶开度; (2)打开导叶,当导叶大于 3%时,浆叶进入协联(如果浆叶在自动位置) ; (3)PLC 自动跟踪导叶,读频差,为切自动作准备; (4)调整机组频率到空载,同期条件满足后即可并网。 8.机械手动切自动 . (1)观察电气工作是否正常; (2)若正常,将手动/自动切换阀切到自动或复归手动按钮,手动灯灭。 9.自动切机械手动 . 按导叶(浆叶)手动按钮,若有机械开限,则机械开限自动往回 关,当达到平衡时,自动切到手动,切换无扰动且电机失磁;若是采用积分式手操, 则电机失磁。 10.电源操作 . 关调速器电柜电源时应先关工业平板 PC 机,当平板 PC 提示可 安全关机时,方可关掉平板 PC,然后再断交、直流电源开关。

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步进电机附录 步进电机-PLC 微机调速器相关图纸
为了用户更清楚地了解 BW(S)T-PLC 系列步进式无油电转可编程微机调 速器,现附录如下图纸: BWT-PLC-80/100/150 调速器机械液压系统原理图 BWST-PLC-80/100/150 调速器机械液压系统原理图 BWT-PLC-100 调速器安装图 BWST-PLC-100 调速器安装图 HYZ-1.6-4.0 油压装置原理图 HYZ-1.6-4.0 油压装置安装图 电气原理图 端子图

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