工控機(jī)的工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用

1. 雙微機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)配置布局、特點(diǎn)
作為水輪發(fā)電機(jī)組的兩大基礎(chǔ)調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一的調(diào)速器控制系統(tǒng)，在水電站的應(yīng)用中不僅起著頻率控制調(diào)節(jié)作用同時(shí)也擔(dān)負(fù)著機(jī)組系統(tǒng)保護(hù)的功能。微機(jī)調(diào)速器以其靈活強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力越來越多的參與到發(fā)電機(jī)組尤其是水機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)中。作為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，水電站對其控制調(diào)節(jié)的可靠性、適應(yīng)性、速動(dòng)性、平穩(wěn)性、可維護(hù)性、邊界調(diào)節(jié)穩(wěn)定、綜合保護(hù)功能等均提出了高要求，而雙微機(jī)調(diào)速器控制系統(tǒng)則很好的解決了這些問題。
HGS-220型微機(jī)調(diào)速器其電氣控制裝置是雙微機(jī)、雙通道控制系統(tǒng)。裝置采用上下位分層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，下位機(jī)是采用各自獨(dú)立的兩套完整的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如上圖所示。下位機(jī)是裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)壁掛式機(jī)箱內(nèi)，使用臺(tái)灣研華公司的IPC6806S標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)壁掛式機(jī)箱。該套控制系統(tǒng)采用研華公司基于ISA/PCI總線技術(shù)的半長型工業(yè)PCA6740主板。配置2M的閃存電子盤作為存貯磁盤，外配工業(yè)用的72針腳8M內(nèi)存條。標(biāo)準(zhǔn)RS232C接口通訊。
上位機(jī)是一臺(tái)工業(yè)觸控液晶電腦PPC-105T，主要用于系統(tǒng)管理、調(diào)試仿真錄波、對外通訊管理，作為人機(jī)界面HMI（Human machine interface）硬件。
軟件采用BorlandC++開發(fā)的應(yīng)用軟件。模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)合理，有單獨(dú)的信號(hào)查詢窗口，利于調(diào)試維護(hù)。
系統(tǒng)采用四路數(shù)字測頻方式，雙模塊工作，互為備用，模擬量輸入采用專業(yè)信號(hào)隔離調(diào)理模塊ADAM3014。

2. 雙微機(jī)熱備用
整個(gè)控制系統(tǒng)在采用雙微機(jī)獨(dú)立調(diào)節(jié)中，采用雙通道熱備用方式，也就是雙通道并聯(lián)運(yùn)行方式。雙套系統(tǒng)一套獨(dú)立作主機(jī)運(yùn)行通道輸出參與系統(tǒng)控制，另一套系統(tǒng)熱備運(yùn)行但輸出并不進(jìn)入后向控制系統(tǒng)回路。與冷備用相比，熱備用從根本上解決了主/備方式下的切換及判斷所帶來的一系列問題，系統(tǒng)的可靠性更高，而該裝置從信號(hào)采集運(yùn)算輸出判別等方面也解決了熱備用的技術(shù)難題：雙通道輸出的一致性問題。使雙機(jī)切換達(dá)到可喜的無擾動(dòng)切換。
3. 協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)特性及前饋傳感器調(diào)節(jié)
水輪機(jī)導(dǎo)葉和槳葉的協(xié)聯(lián)是大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的最大運(yùn)行優(yōu)勢，其配合的精確性和穩(wěn)定性是直接引響到電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)字協(xié)聯(lián)的最大優(yōu)勢是協(xié)聯(lián)跟蹤精確、數(shù)字?jǐn)M合功能使曲線不再是單獨(dú)的簡單曲線，這種全自動(dòng)的協(xié)聯(lián)在IPC的調(diào)節(jié)器中，模型機(jī)的曲線經(jīng)過高次函數(shù)插值法配合高精度的功率變送器反饋完成了機(jī)組最佳協(xié)聯(lián)點(diǎn)的綜合選取。發(fā)電機(jī)組調(diào)速器調(diào)節(jié)通常是按照開度調(diào)節(jié)完成穩(wěn)定發(fā)電控制，通過LCU的泛pid調(diào)節(jié)完成發(fā)電任務(wù)的。該型微機(jī)調(diào)速器另采用精確的功率變送器與LCU精確同步采樣功率反饋信號(hào)，可以完成現(xiàn)地調(diào)速器純功率發(fā)電控制和與LCU通訊純功率控制，更加有利于尤其是大型發(fā)電機(jī)組或在電網(wǎng)絡(luò)中占比重要求高的電站，克服目前大型電站LCU在完成AGC/AVC調(diào)節(jié)時(shí)出現(xiàn)的調(diào)節(jié)速度瓶頸及欠調(diào)、超調(diào)等制約AGC/AVC根本功能的缺陷問題，完全實(shí)現(xiàn)網(wǎng)電調(diào)度一體化。
4. 調(diào)節(jié)控制模塊化軟件編制、分類交互窗口、控制品質(zhì)、分析保護(hù)功能、故障界面處理及常規(guī)維護(hù)
模塊化的規(guī)則軟件編制和運(yùn)用程序的交互通訊，使得運(yùn)用軟件程序在功能控制、分級(jí)管理、人機(jī)信息交互查詢和維護(hù)管理方面都十分友好完善，外加隨機(jī)的一套調(diào)速器試驗(yàn)錄波軟件，十分有利于機(jī)組的調(diào)試維護(hù)檔案規(guī)整管理。有單獨(dú)的IO量窗口、模擬量窗口、硬件檢測窗口、故障量窗口、內(nèi)部參數(shù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行窗口及單獨(dú)的參量調(diào)試整定窗口。
特別亮點(diǎn)：該型微機(jī)調(diào)速器一改傳統(tǒng)調(diào)速器的開環(huán)開機(jī)控制，采用與GE公司調(diào)速器相同的機(jī)組閉環(huán)開機(jī)控制功能。傳統(tǒng)開環(huán)開機(jī)控制是機(jī)組快速開出等待機(jī)組頻率上升至45Hz后走完機(jī)組開機(jī)流程后，調(diào)節(jié)器再根據(jù)額定頻給進(jìn)入正常PID調(diào)節(jié)控制。閉環(huán)開機(jī)也是機(jī)組迅速脫離低轉(zhuǎn)速區(qū)域，機(jī)組開機(jī)流程在機(jī)組轉(zhuǎn)速30Hz后即根據(jù)模型曲線給定機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，進(jìn)入PID調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，使機(jī)組穩(wěn)定而又迅速的調(diào)節(jié)到額定頻率，起到保護(hù)水輪機(jī)組的作用，優(yōu)化了電廠開機(jī)流程使機(jī)組迅速并網(wǎng)發(fā)電，機(jī)組開機(jī)不會(huì)頻率超調(diào)和波動(dòng)現(xiàn)象。
自閉環(huán)功率控制：由于系統(tǒng)采用了高精度的功率傳感器，實(shí)時(shí)采樣發(fā)電系統(tǒng)出口端真實(shí)功率信號(hào)，再引入自動(dòng)水頭調(diào)速器不但完成了準(zhǔn)確的純功率調(diào)節(jié)控制且使電站發(fā)電達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)在維護(hù)管理員工程師級(jí)提供各種針對電站特殊工況的設(shè)定控制模式，現(xiàn)地頻率、開度和功率調(diào)節(jié)控制模式。
5. 調(diào)節(jié)器系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)試
調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)試環(huán)節(jié)中信號(hào)匹配和整定須按照雙微機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)節(jié)，在保證雙機(jī)切換無擾動(dòng)原則下，使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行態(tài)，IPC調(diào)速器在精確控制中的人性化設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)控制既達(dá)到了空轉(zhuǎn)穩(wěn)定控制又使機(jī)組更加利于系統(tǒng)快速并網(wǎng)發(fā)電。有效平衡減少了水力不平衡自激振蕩作用對機(jī)組空轉(zhuǎn)造成的頻率波動(dòng)，由于調(diào)速器空轉(zhuǎn)工作狀態(tài)中加入了固定并網(wǎng)偏差頻率差值，使得調(diào)速器在空載態(tài)的調(diào)節(jié)工況下可以與網(wǎng)頻有一個(gè)固定偏差，有固定的滑差角及適合的頻率差，機(jī)組比起常規(guī)數(shù)字調(diào)速器調(diào)節(jié)可以更快迅速并網(wǎng)。錄制機(jī)組空載擾動(dòng)試驗(yàn)品質(zhì)參數(shù)調(diào)整，選取最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)。
動(dòng)態(tài)試驗(yàn)適應(yīng)性調(diào)整，機(jī)組調(diào)速器在投運(yùn)現(xiàn)場是一直處于發(fā)電態(tài)，調(diào)速器除了正常的調(diào)節(jié)控制外，在機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)故障的情況下，還要起到更多保護(hù)功能，尤其是水機(jī)部分的保護(hù)和調(diào)速器的聯(lián)系比較密切。電站處在不同的電網(wǎng)和在電網(wǎng)中的作用地位，也決定了調(diào)速器是否需要更加完善的保護(hù)功能，隨著廠網(wǎng)的分離，對中大型機(jī)組的調(diào)速器的調(diào)節(jié)運(yùn)行模式和附加功能都提出了很高的工作要求，IPC調(diào)速器的頻率調(diào)節(jié)模式、開度調(diào)節(jié)模式和功率調(diào)節(jié)模式是互相自動(dòng)跟蹤的，并能根據(jù)電網(wǎng)或波動(dòng)自行進(jìn)行模式功能且換，超過正常頻率發(fā)電范圍調(diào)節(jié)器自動(dòng)對機(jī)組調(diào)整頻率使系統(tǒng)輸出頻率趨于正常值，回歸正常后也能自動(dòng)回歸到設(shè)定調(diào)節(jié)模式。
對電站機(jī)組發(fā)電的有效控制，電網(wǎng)的要求是越來越高了，尤其是較大一點(diǎn)的機(jī)組，不但要求迅速開機(jī)發(fā)電，并且也要求電站機(jī)組對電網(wǎng)給定的發(fā)電突變值迅速、穩(wěn)定、可靠的調(diào)節(jié)到位，這不光是對電站AGC/AVC的能力考驗(yàn)，同時(shí)也是對后級(jí)兩大基礎(chǔ)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)考驗(yàn)。林津?yàn)╇娬镜谋O(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)均采用國外的控制系統(tǒng)產(chǎn)品（監(jiān)控和調(diào)速器是GE公司提供），電站系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)即要求監(jiān)控有完備的AGC/AVC，電站投運(yùn)在調(diào)節(jié)AGC時(shí)不是欠調(diào)就是超調(diào)，做了多個(gè)方案后也未能如意完成AGC功能應(yīng)用。其缺陷正是調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能很好的對LCU的給定值進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)所致。調(diào)速器對發(fā)電機(jī)出口完成系統(tǒng)自閉環(huán)控制調(diào)節(jié)是電站完成AGC的一個(gè)重要系統(tǒng)輔助功能。現(xiàn)場功率調(diào)節(jié)對系統(tǒng)采樣信號(hào)源要求一致，調(diào)節(jié)控制緩沖周期隨機(jī)組的水頭、轉(zhuǎn)輪慣性和與LCU的PID控制死區(qū)和調(diào)節(jié)隨動(dòng)性能。開度控制和功率控制隨動(dòng)切換調(diào)節(jié)的邊界穩(wěn)定性能也對系統(tǒng)能否良好完成系統(tǒng)負(fù)荷變化起著關(guān)鍵的作用。開度調(diào)節(jié)根本就無法完成現(xiàn)代電網(wǎng)對電站的AGC/AVC控制的要求，系統(tǒng)很難完成適應(yīng)寬幅的功率、電壓控制。而具有純功率控制的調(diào)速器控制系統(tǒng)，則電站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)AGC/AVC控制就能有很多種控制選擇方案。
總之強(qiáng)大的微機(jī)處理功能和調(diào)節(jié)控制能力及針對發(fā)電機(jī)組保護(hù)功能的完備科學(xué)的成熟方案。是現(xiàn)代型成熟微機(jī)調(diào)速器的發(fā)展應(yīng)用重點(diǎn)。隨著電站運(yùn)行的人性化管理和電網(wǎng)－電站控制調(diào)節(jié)一體化深入，微機(jī)調(diào)速器必然越來越朝著系統(tǒng)化綜合化發(fā)展。