新型控制器在调速器中应用

1.引言
调速器技术的发展，微机调速器得到了广泛的应用，其控制器也经过单板机、IPC、PLC等发展过程。随着电力系统改革的深化，水电厂无人值班、少人值守推广，对调速器可靠性要求越来越高。当前大型、巨型机组投运增多，对调速器性能要求也同样增高。将一种新型可编程控制器的调速器应用介绍给大家。
剖析目前国外知名公司调速器控制器，GE公司MicroNet?控制器(三峡右岸调速器)，采用Motorola 68040芯片；ALSTOM公司NEYRPIC1500 控制器（三峡左岸调速器），采用Motorola 68020芯片；从此来看，Motorola 68000 系列芯片作为控制界的高级控制芯片，能被大多数国外知名调速器公司选用控制调速器，说明它很适合调速器控制应用。从我们分析看，Motorola 68000系列芯片，作为调速器控制核心芯片，的确有优势。它除了CPU芯片外，还集成了TPU芯片，利用TPU芯片可以作高速计数、PWM控制等高级功能。我们介绍的新型可编程控制器PCC，也采用Motorola 68000 系列芯片。
2.可编程控制器(PCC)特点
可编程控制器(PCC) 代表着一个全新的控制概念，它集成了可编程逻辑控制器(PLC) 的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能，它能方便地处理开关量、模拟量，进行回路调节。并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力，其硬件具有独特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合，软件也具备模块结构，系统扩容时只需在原有基础上叠加应用软件模块。PCC作为一种高档新型可编程控制器，它是可编程控制器的发展，它继承了PLC的优点，同时也有IPC的优点，并且利用它独特的特点，在调速器应用中，使测频、电机控制等回路精度高，回路简单，使调速器可靠性更进一层。
2.1模块化结构、支持热拔插
调速器控制器采用模块化结构，已是行业的标准要求。PCC也具备此特点，它分别为：电源模块、CPU模块、DI模块、DO模块、AI模块、AO模块等，所有模块安装在底板上。它支持带电热拔插I/O模块，可以利用意外处理功能封闭被拔模块，使CPU运行不受影响。每个模块都有一个模块码，因此CPU 可检测模块是否存在，也可检测模块是否在应用程序中适用。这样，在软件中可以对模块状态进行初始化诊断、运行中监测。
2.2灵活方便编程方式
PCC编程平台采用B&R ATUOMATION软件，编程语言遵循IEC 11313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。在编程平台中可视化硬件模块，并且在硬件上直观的定义输入输出等I/O
点。在应用程序中，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。功能块之间用"导线"联接，加上接点等开关条件，组成用图形化、形象化的户程序，这样用户上手快，程序维护简单，编程方便、灵活。
2.3实时多任务分时操作系统、录波分析功能
PCC控制是一个实时多任务系统，特别适合于控制技术。在标准多任务系统中，程序周期是模糊的，因为单个任务的定时只有在设定优先级时才能预定，B&R 在PCC 中采用了实时多任务技术，用户对相应程序可设定周期最多可有8 个设定周期的任务级，操作系统保证在设定时间内定性精确地处理所有程序，这种可控制时间的多任务对获取结构良好、反应精确的程序而言，是一种理想工具。利用PCC先进的实时多任务操作系统，把调速器"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。
数据跟踪 -- PCC 提供了一种数据跟踪功能，它能实时跟踪最大8个数据点，以这种方式记录的信息能直接在Automation Studio上得以分析。这样，用户可以很容易地快速检查运行过程。对跟踪功能的灵活设置可使用户对快速或缓慢的事件都能进行分析。激活跟踪的可随意定义的条件及提供背景消息的一个延迟使得跟踪功能成为十分有用的工具。
可以利用这一功能对调速器主要数据进行录波，通过将各种变量的波形组合分析控制性能、试验情况。
2.4高速计数功能
利用PCC控制器内部TPU模块的4MHz高速计数，实现真正的可编程内部测频，使测频精度达到0.001 Hz以上。避免了一般PLC因计数频率低而用测频模块测频测频，再向可编程控制器传递数据，同时也避免了数据传递过程中的延时。采用可编程本体测频方式，使测频回路器件少、接线少、速度快、可靠性高、这样测频回路简洁，维护方便可靠性、实时性大大提高。
调速器可以轻松设计四路测频，三路机频，一路网频。三路机频为：一路为机组残压PT信号，另两路为齿盘信号。齿盘信号与PT信号互为备用。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。
残压测频精度高，但在机组转速低时信号幅值较低，抗干扰性差；齿盘测频传感器输出为恒定幅值方波，能测量较低转速，但单传感器测量精确性受齿盘加工及大轴摆度和震动影响。
为提高齿盘齿盘精度，齿盘测速设计为双传感器，用于消除由于大轴摆度和震动、以及齿盘加工精度的误差造成测频信号的精度下降。双传感器信号经过整形隔离后，同时送到PCC供测频使用。如图可知，两个传感器经过齿盘同一个边的时间差，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。
双传感器测频，利用PCC内部TPU功能，对双传感器输入通道进行关联，通过内部计数器对两个传感器的上升沿的时间，计算出频率。
LNAD 公司利用双探头原理在三峡左岸实现了高精度的齿盘测速，反映时间20ms，精度在0.02％以内。
技术参数：
机组残压 AC 0.2~150V 10 ～100Hz
系统频率 AC 15~150V 10～ 100Hz
齿盘测频 24V方波 1 ～ 100Hz
1)PWM控制功能
利用PCC 高速脉冲输出模块，最高可以输出100KHZ脉冲，控制步进电机，使控制回路简洁、可靠。
LAND 公司利用PCC PWM输出功能，在浙江青山殿电厂调速器改造中，成功控制ALSTOM 公司机柜中TR10电液转换器、ED25电液伺服阀。
2)通信功能
PCC调速器具有与LCU强大灵活的通讯功能。除了可以配置常规RS232、RS485通讯接口外，还可以用CAN、Modbus Plus、Modbus 、Profibus、以太网等现场总线、网络进行通讯。满足计算机监控系统远方控制及AGC调节的需要。调速器的各种参数和特性可通过上位机整定。
在青铜峡电厂9#机组调速器（LAND 公司）采用Profibus DP 总线与LCU通信，并利用现场总线高速、高可靠性，在LCU 操作平台上虚拟了一屏调速器操作界面，实现调速器远程操作，延伸了调速器操作平台。
在PCC CPU模块上标准配置1个串行通信口、1个CAN总线接口。
另外，当调速器采用双机设计时，PCC CPU模块上CAN总线接口可以方便的使两台PCC 高速、可靠的交换数据。龙羊峡电厂4# 机组调速器（LAND 公司）上采用此结构。
3 结束语
其实，在PCC 控制器应用中，还有很多特点，希望我们能借助PCC 平台，与国外调速器站在同一硬件平台上，打造民族品牌。