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Woodward 505调速器工作原理


Woodward 505 调速器工作原理

一 Woodward 505 调速器工作原理 (一) Woodward 505 调速器电路(气)工作原理 我厂 50 万吨连续重整 C1201(汽轮机)Woodward 505 调速器的工作原理如图 1。

Woodward 505 调速器由电子调速电路﹑就地控制盘﹑转速磁性检测探 头和调速器电液

控制机构四部分组成,它与汽轮机负荷(出口流量)调节器构成 串级调节系统,它与汽轮机负荷(出口流量)调节器构成串级调节系统,主调节 器为组态在 DCS 中的汽轮机负荷 (出口流量) PID 调节模块, 主参数为出口流量, 副调节器为 Woodward 505 调速器,副参数为汽轮机转速,汽轮机出口流量作为 505 调速器的设定值 SP,在 505 调速器内部的转速控制 PID 模块中,出口流量 SP 与转速测量值 N 进行比较,产生偏差,放大后去控制调速器电液控制机构调 节转速,从而实现对汽轮机负荷(出口流量)的调节。 Woodward 505 调速器还可进行就地控制, 实现机组异常状态下的自保联锁 (ESD) 。 1 概述 Woodward 505 调速器是美国著名的以微处理为基础的电子调速系统,专用于控 制单或双(分程)汽轮机调速执行器(抽汽式蒸汽汽轮机则要使用 505E 型)及 各种发电机的调速。505 调速器为现场可编程式调节器,在很多不同的应用条件 下, 它可以只需进行简单的编程和组态即可实现多种调速控制方案,它内部的控 制和驱动软件以菜单的形式固化,利用这些菜单(见附录一 Woodward 505 调速 器程序卡) 可以很方便地对特定的以蒸汽﹑水﹑燃气等为动力的发电机或机械驱 动设备进行编程组态后,控制其转速。 505 调速器可进行独立组态,用某种方案控制汽轮机转速;也可以与装置 DCS 联 合使用来实现汽轮机调速。

2 Woodward 505 调速器特点 (1) 直观和友好的控制面板

505 调速器为一现场组态蒸汽汽轮机控制系统,其操作控制面板与之集成在 一起,在 505 前部面板上,带有两行显示器(单行 24 字)和一个带有 30 个控制 键的综合操作控制面板(OCP),使用时,只要简单地按面板显示器上的操作提示 信息进行操作,就可以实现 505 调速器的组态、在线程序调试和对汽轮机的正 常操作,操作员也能从屏幕上观察到实际测量数据和设定值。 (2) 汽轮机控制参数 505 调速器同时可以控制两个参数据,即控制其中一个主要参数并限制另一 参数(如需要) 。一般来说,主要控制参数为速度(或负荷) ,而通过 505 可以控 制和进行限制的参数有:汽轮机入口压力或流量、出口压力(背压)和流量、发 电机输出功率、装置输入和输出电平、压缩机入口和出口压力和流量,装置工厂 的用电频率、工艺温度、或任何其它与蒸汽汽轮机有关的操作参数等等。 (3) 通讯 505 调速器通过两个 MODBUS 通讯口,可以直接与装置 DCS 和 CRT 控制面板 进行通讯, 其通讯口支持并使用 ASⅡ或 RTU MODBUS 传输协议的 RS-232、 RS-422、 或 RS-485 进行通讯, 而且 505 的 PID 参数均可以通过模拟信号进行控制,所以其 分辨率和控制均不会受影响。 (4) 可靠的机组启动及自保联锁等功能 505 调速器还具有机组启动及自保联锁等功能: 自动启动顺序(热和冷启动) 、 临转速躲避(高低临界转速) 、两速度(负荷)动态特征、超速跳闸时的最大转 速显示、优先跳闸停机和显示(共 5 个跳闸输入)、和各单元同步均分负载(通过 DSLC) ,可以实现机组在故障状态下自保。 (5) 505 调速器的使用 505 调速器有两个正常的操作模式:编程模式和运行模式。编程模式用于对调速 器进行组态,一旦调速器的控制组态完成,则不再使用编程模式,除非使用的汽 压机或操作要求发生了变化须再次重新组态。组态完成后,可使用运行模式对汽 轮机进行控制(从开机到停机的全过程) 。此外,505 调速器还可使用维护模式 进行在线调节。 3 Woodward 505 调速器的输入和输出信号 (1) Woodward 505 调速器控制输入信号有:

A,2 个转速输入, 根据使用的探头是 MPU(磁传感器)还是接近探头,进行 跳线组态后输入。 B,6个可编程模拟量输入,这些模拟量输入可为任何一种:辅助输入、远 程辅助设定、串级输入、远程串级设定、功率(负载-kw)输入、远程速度设定、 同步、均分负载、同步和均分负载、及第一级压力。其中第六个模拟输入通道使 用了隔离电路,它必须用于使用内部电源的信号(非隔离) 。 C,16 个触点输入 。其中四个专门用于停机、复位、提高转速设定值、和 降低转速设定值, 如果调速器用于发电机组,则还有另外二个专门用于发电机断 路器和公用工程排解器的触点输入,其只有 10 个触点输入可供系统进行组态; 如果不是用于发电机 ,则共有 12 个触点输入可供系统进行组态。 (2) Woodward 505 调速器的控制输出信号: 505 调速器的控制输出包括: A,两个执行输出,其中第2个执行器输出,如果不作为执行器输出时,它可用 于数据显示读数。 B,6 个 4-20mA 输出,用于各种测量和记录仪表。 C,8 个 C 型继电器触点输出,其中6个可进行系统组态,两个专门用于停 机﹑报警显示和触点输出。 (3) 控制器接口 配置两个串行 MODBUS 通讯接口,采用 ASCⅡ或 RTU 协议,RS-232、 RS-422 或 RS-485 通讯标准。 4 Woodward 505 调速器电路(气)控制原理 见图2,为我厂 50 万吨连续重整 C1201(汽轮机)Woodward 505 调速器电 路(气)控制原理图 505 调速器以微处理为基础的电子调速部分,主要由四部分组成: (1) 两个独立控制的模块通道:即转速/负载控制模块和辅助控制模块; (2) 阀门限位控制模块; (3) 机组启动及自保联锁停机模块。 转速/负载控制模块和辅助控制模块的输出信号和阀门限位控制模块的 输出信号互为低选 (LSS) ,LSS 后的输出信号去控制现场电液执行机构动作,

从而调节汽轮机转速的大小. 此外,根据工艺控制需要,转速/负载控制部分还可以实现串级控制,其内部的 串级控制 PID 模块的输出可作为转速控制 PID 模块的设定值, 也就是说转速控制 的设定值由内部串级控制 PID 模块的输出直接改变,从而实现内部转速串级控 制。 辅助控制器还可单独作为一个控制通道或作为一个限位通道使用。 505 调速器的其它功能还有频率控制、同步负载均分(带 DSLC) ,临界转速躲避、 暖机/额定控制和自动顺序。505 调速器使用两个串行通讯接口(MODBUS 协议) 对汽轮机进行监测和控制。 (1) 转速控制模块 转速的控制模块主要由探头信号转换电路﹑PID 控制放大电路﹑转速设 定电路﹑偏差逻辑电路等组成, 转速控制模块接收来自现场汽轮机本体上一个或 两个磁性传感器或接近探头的转速信号后,经过探头信号转换电路,转换后的转 速探头信号送到 PID(比例,积分、微分)控制放大电路,在 PID 控制放大电路 中,这一信号与来自转速设定电路的转速设定值进行比较,产生偏差,经 PID 控制放大电路放大后, 产生一个输出信号与阀门限位控制模块的输出信号进行低 选 (LSS) ,LSS 后的输出信号去控制现场电液执行机构动作,从而调节汽轮机 转速的大小,直至转速探头信号与转速设定值相等为止,即偏差为零,此时执行 机构处于平衡状态,相对稳定。 由图可知,转速设定值的确定包括零界转速躲避﹑远程转速设定﹑串级转速 设定﹑频率控制设定等电路, 在控制面板的键盘、远程触点输入或通讯线路上输 入“增大”或“降低”命令,可改变转速的设定值 ,该设值还可通过直接从键 盘上输入新的设定值或任一 MODBUS 通讯接口直接进行更改。 此外,还可以用"远 程模拟输入信号"来设定转速的设定值,即可使用 505 调速器的 4-20mA 的输入 信号中的任何一个来对转速设定值的控制进行组态,对汽轮机转速或负载进行调 节并控制相关的工艺参数, 远程转速设定值直接作为 505 调速器的 505 调速器设 定值。 (2)辅助控制模块 辅助 PID 控制模块可用于对某些辅助参数进行控制,如:机组负载功率、装置出

入电平、 入口压力、 出口压力、 温度或其它直接与汽轮机相关的各个工艺参数等。 辅助输入信号为 4-20mA 信号, 该信号在辅助 PID 控制模块中与辅助设定 值进行比较, 产生偏差, 经辅助 PID 控制模块放大电路放大后,产生一个输出信 号与阀门限位控制模块的输出信号进行低选 (LSS) ,LSS 后的输出信号去控制 现场电液执行机构动作, 从而调节汽轮机转速的大小,直至辅助输入信号与辅助 设定值相等为止,即偏差为零,此时执行机构处于平衡状态,相对稳定。 通过控制器面板上的键盘、 远程触点输入或通讯线路输入“增大”或“降低”命 令, 可对辅助设定值进行调节; 该设定值还可通过直接从键盘上输入新的设定值 或任一 MODBUS 通讯接口直接进行更改。 此外,还可以用“远程模拟输入信号”来 改变辅助设定值。 (3)均分负载输入模块 同 505 调速器可以使用模拟输入接口来接收 Woodward 数字式同步器和均分负载 控制器(DSCLTM)的负载均分信号, 505 调速器的内部加法运算将这个信号加在 转速/负载 PID 的基准上进行运算,除负载均分外,505 调速器的 DSLC 输入还可 用于同步机组与装置总线。 (4)串级控制 PID/逻辑模块 串级控制模块用于组态与汽轮机转速或负载相关或受其影响的任何工艺参数, 它 常用于汽轮机出入口压力的串级控制。串级控制模块是一个 PID 控制模块,它将 4-20mA 的测量信号与串级设定值进行比较后,其输出值再作为转速 PID 控制模 块的设定值。 通过控制器面板上一键盘、 远程触点输入或通讯线路输入“增大”或“降低”命 令, 可对串级设定值进行调节, 该设定值还可通过直接从键盘上输入新的设定值 或任一 MODBUS 通讯接口直接进行更改,此外还可以从远程串级设定值的模拟输 入对串级设定值进行远程设定。 (5)阀门限位控制模块 阀门限位模块主要用于限制执行器输出信号或阀门的位置, 以控制汽轮机的启动 和停机。阀门限位模块的输出与转速/负载和辅助控制模块的输出进行低选 (LSS) ,低选(LSS)后,选择控制模块或限位模块中最小的信号去对执行机 构进行控制。

阀门限位模块的调节可通过键盘、外部触点闭合 MODBUS 命令进行。 阀门限位模块还可用于系统运行状态下的故障处理,如果确定调速器调节不稳, 那么阀门限位器可以设定其为手动操作,来控制阀门开度。 (6)机组启动及自保联锁停机模块。 505 调速器为了确保机组安全运行,内部设置了机组启动逻辑电路,即启动 功能,505 调速器提供三种启动模式:全自动、半自动、和手动。在将处于停机 状态的汽轮机启动到一低转速状态下的过程中,必须设置其中一种启动模式。启 动模式组态和调速器最小的控制转速可根据正常的装置启动步骤和机生产厂家 的建议而定。 如果程序设置了暖机转速(处于暖机/额定模式或自动启动顺序模式) ,505 调速器可提供自动转速控制和临界转速躲避功能,“Run-运行”命令可通过 505 键盘、远程触点输入、或 MODBUS 通讯来给定。此外“Start Permissive(允许 启动)”触点还可防止跳闸或停机状态下阀门未关时系统启动。 A 暖机转速/额定转速 暖机/额定功能可使操作员在设置的暖机转速和设置的额定转速间以组态速 率进行调整。 选择暖机转速或额定转速设定值可通过面板键盘键入、远程触点输 入1#或通过 MODBUS 通讯接进行设置。 B 自动启动顺序 自动启动顺序功能使操作员可以从程序设置的较低暖机转速启动,并保持该 转速一直到设定的预热时间结束,然后达到程序设定的高暖机转速,在这一较高 的暖机转速下保持到设定的高暖机转速预热时间结束, 最后升到额定转速的设定 值。 保持时间和加速度根据汽轮机停机时间长短所确定的“冷”、或“热”状态 而确定的。 如果汽轮机处于规定的冷和热态之间,那么则根据冷热态数据值来确 定适当的启动速率和保持时间。 实际操作时,可根据具体情况通过程序设定和使用自动顺序功能的“暂停/ 继续”命令关闭或投用自动启动顺序功能,“暂停”和“继续”可以在 505 键 盘、远程触点输入、或通过 MODBUS 通讯连接进行,另外,通过编程设定,自动启 动顺序功能还可在任一暖机转速设定值时自动暂停。 C 临界转速躲避

对于很多蒸汽汽轮机 , 为避免汽轮机发生振动或其它原因,需要避免其在某 个转速或某个转速范围内运行(或尽可能快地越过该转速) 。在进行编程时,一 般选择两个临界转速范围, 这两个转速范围可以是小于调速器最小设定值的任何 转速范围。Idie/Rated(暖机转速/额定转速)功能或自动启动顺序功能均可使 用临界转速躲避功能,当机组启动后,其转速接近临界转速时,在临界转速范围 内,505 调速器会自动改变程序设定的临界转速下的转速设定值,不允许转速设 定值在临界转速躲避范围内停留,使转速迅速地越过临界转速,避免汽轮机发生 振动。 如果汽轮机在加速通过临界转速时发生了较大振动,这时选择“降低转速 设定值”命令,可使设备返回临界低限。 机组正常运行时,当转速超高等因素危及机组安全时,505 调速器设置了自 保联锁停机模块,使机组跳闸停机,实现自保。联锁跳闸逻辑包括程序控制跳闸 和外部紧急跳闸二个条件,它们互为“或”的逻辑关系(如图) ,机组跳闸的同 时,505 调速器输出接点报警或到 ESD。

(二)Woodward 505 调速器液压部分工作原理 如图 3,为 Woodward 505 调速器液压部分工作原理

1 结构 速关组合件主要由速关油手动阀 1842,启动油手动阀 1843,停机电磁阀 2222, 2223, 手动停机阀 2250 和速关阀试验用手动阀 2309 组成,以及速关油回路上的 Dg16 单向阀,停机回路上的 Dg40 单向阀,见结构图3。 2,油路工作原理 原理图3上所示状态为电磁阀失电状态。启动时,同时旋转手动阀 1842 和 1843 手柄 ,则阀 1842 的 P 口与 B 口导通,A 口与 T 口导通,Dg16 单向阀关闭, 切断 E1 与 E2 通道:同时,阀 1843 的 P 口和 B 口导通,建立启动油 F 和速关油 M。5 秒钟后(一般 3-8 秒),先让阀 1842 复位,则 E1 和 E2 导通,建立速关油, 再过 5 秒钟(一般 3-8 秒)后让阀 1843 复位,启动油与回油 T 口接通,因为阀回 油口装有节流孔板和可调针阀。 启动油回油缓慢,并可调整, 控制速关阀开启速 度。

注意:A,1842,1843 动作顺序不能调换; B,启动之前应确认Dg40 单向阀上腔有压力油P;启动之后启动油应为 零。 C,对于带电运行的电磁阀 2222 和 2223 任一失电,使Dg40 单向阀上腔 压力油与回油口接通,这时弹簧力的作用使单向阀开启,速关油迅速泄掉。关闭 速关阀。 D,手动停机阀 2250 动作原理与电磁阀 2222 和 2223 相同。 E,操作手动阀 2309,使 H1 与压力油 P 导通,对速关阀进行在线试验。停 止试验,只须放手即可。因为有节流孔板,速关阀部分位移和复位缓慢,不会出 现速关阀关闭现象。 F,就地接线箱配有现场调试用控制逻辑按钮,接线箱上有就地/中控选 钮和启动按钮供就地启动时用。 G,正常运行时通过 DCS 操作。

二 Woodward 505 调速器在汽轮机调速控制系统中的应用 (一)我厂 50 万吨连续重整 C1201(汽轮机)调速(负荷)自控流程 图4 原理图 我厂 50 万吨连续重整 C1201(汽轮机)woodward 505 调速器自控

如图 4,为 Woodward 505 调速器在我厂 50 万吨连续重整 C1201(汽轮 机)中的应用,它与汽轮机负荷(出口流量)调节器构成串级调节系统,主调节 器为组态在 DCS 中的汽轮机负荷 (出口流量) PID 调节模块, 主参数为出口流量, 副调节器为 Woodward 505 调速器,副参数为汽轮机转速,汽轮机出口流量作为 505 调速器的设定值 SP,在 505 调速器内部的转速控制 PID 模块中,出口流量 SP 与转速测量值 N 进行比较,产生偏差,放大后去控制调速器电液控制机构调 节转速,从而实现对汽轮机负荷(出口流量)的调节。 (二) 我厂 50 万吨连续重整 C1201(汽轮机)Woodward 505 调速器接线原理图 (图 5) 自我厂 50 万吨连续重整今年 4 月份开工以来,C1201(汽轮机)Woodward

505 调速器运行正常,未出现误动作,控制良好。


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