0 引言
水轮机调速器作为水轮发电机组的重要控制设备, 其性能的好坏将直接影响到电能的质量和发电机组的安全可靠运行[1], 因此对水轮机调速器的软件、硬件实现的研究具有极为重要的意义。目前, 水轮机微机调速器在水电站的应用越来越广泛, 目前主要有基于单片( 板) 机、工业控制机( IPC) 、可编程逻辑控制器( PLC) 、可编程计算机控制器( PCC) 等几种类型[2- 4]。随着电力系统容量的不断增加和人们对电能质量要求的不断提高[5], 对水轮机调速器的控制功能也提出了更高的要求, 因此不断研究先进、可靠的水轮机调速器仍是调速器制造厂商研制和改进的重点[6]。
PAC( Programmable Automation Controller, 即可编程自动化控制器) 作为目前自动化产业最重要的发展趋势之一, 恰恰满足了自动化产业这种应用需求。将先进的可编程自动化控制器Wincon8000 引入到水轮机调节领域, 作为水轮机调速器的硬件核心, 结合WinconSDK 应用程序开发接口( API) 链接库, 开发人机界面友好、实现控制功能灵活方便、高效快速的基于可编程自动化控制器( PAC) 的水轮机调速器控制软件, 就是为了研究先进的、性能更好的现代水轮机调速器, 从而提高调速器运行的稳定性、可靠性和调节品质。
1 PAC 及Wincon8000 简介从著名工业咨询集团ARC Group 提出PAC 这个概念至今, 它已成为自动化产业最重要的发展趋势之一。PAC 的产生受益于嵌入式硬件系统设计、现场总线技术、工业以太网、嵌入式实时操作系统、软逻辑编程技术等嵌入式系统领域的发展和进步。目前已有多种符合PAC 定义的产品面世, 主要有: NI 公司的Compact FieldPoint、Ge Fanuc 公司的PACSystemsTMRX3i/7i、Beckoff 公司的CX1000、ICPDAS 泓格科技的WinCon/LinCon 等[7]。
Wincon8000 结合了IPC 和PLC 的功能, 具有强大的计算和通讯能力, 支持海量数据存储和丰富的I/O 选择, 可以很好的满足工控上的各种应用需求和承受工控现场恶劣的环境。它的嵌入式操作系统以微软Windows CE.NET 平台为架构基础, 驻留在Wincon8000 的CPU 模块的闪存里,WindowsCE.NET 的强实时及多任务的特性为工控提供了实时和确定性控制[8]。
2 基于PAC 的水轮机调速器的系统组成基于PAC 的水轮机调速器拟定位为中小型调速器, 主要应用在中小型电站。可实现的功能有开机, 空载调节控制, 负载调节控制, 调相, 甩负荷处理, 正常停机、事故停机控制, 机组频率、电网频率、电站水头变送器、接力器反馈的故障诊断等。基于PAC 的水轮机调速器主要由微机调节器和电液随动系统两部分组成, 以下仅对微机调节器部分作初步探讨。
2.1 硬件系统该调速器采用Wincon8000 系列的Wincon- 8731- G- C作为调速器的主控制器, 2 通道计数器模块I- 87082- G 作为调速器频率测量的输入模块, 8 通道高速模拟量输入模块I-8017H- G 作为各种模拟量输入信号的输入模块, 2 通道隔离模拟量输出模块I- 87022- G 作为模拟量输出信号的输出模块, 16 通道隔离开关量I/O 模块I- 8054- G 作为各种开关量信号的输入输出模块; 频率测量采用电网PT 残压测频和机组PT 残压测频的测频方式, 通过整形放大电路将频率信号整形为同频率的方波信号, 该方波信号经隔离滤波后送入计数/测频通道; 模拟量输入包括机组功率、接力器位移反馈、电站水头等; 模拟量输出主要是接力器控制信号输出等[9];开关量输入包括开机、停机、调相、增加、减少、自动、手动等指令; 开关量输出包括机组状态指示、发送报警信号等。基于PAC 的水轮机调速器的微机调节器部分系统示意见图1所示。
2.2 软件系统在PAC 硬件平台、Windows CE.NET 操作系统平台基础上, 拟采用VB.NET 开发其控制软件。将软件系统分为界面设计管理和代码编写, 其总体设计思路为: ①根据调速器要实现的控制功能, 设计主控界面和各个功能模块界面, 通过主控界面调用相应的功能模块界面, 实现机组状态显示、运行参数显示、运行参数修改和故障报警等功能; ②设置窗体和控件的对象名、字体和背景色等属性[10], 以增强可读性; ③代码编写, 根据Wincon8000 配套的I/O 模块采集的频率、开度、水头等信号和接收到的指令信号, 判断机组当前状态, 调用开机、空载、负载、调相、甩负荷、停机等子程序, 经过调节规律综合运算后, 得出控制量。基于PAC 的水轮机调速器的软件系统框图见图2 所示 。软件系统的开发中, 在需求分析和功能分析的基础上,要充分运用VB.NET 的多窗体、多线程、继承、丰富的控件及标准的画面显示等新特性[11], 结合WinconSDK 应用程序开发接口(API) 链接库的软件信息函数、计数器/频率函数、数字输入/输出函数、模拟输入/输出函数、EEPROM读写函数等功能, 达到与Wincon8000 的完美结合, 可以以最快的速度和效率开发出具有良好用户界面的控制软件。
3 联机调试通常, 可以通过TCP/IP 或者ActiveSync 的方式来进行应用程序的部署和调试, 但图1 基于PAC 的水轮机调速器的微机调节器部分系统示意要求在PC端先安装VB.NET,Win-conSDK, Windows CE Utilities For Visual Studio_NET 2003 和Microsoft ActiveSync, 将应用程序下载到Wincon8000 上以后, 在Wincon8000 中运行Wincon Utility, 然后点击“Auto- execute”
选项, 再将应用程序的可执行文件设定为开机自动运行程序。
4 基于PAC 的水轮机调速器的特点本文提出的基于PAC 的水轮机调速器特点如下:
( 1) 其硬件核心结合了IPC 和PLC 二者的功能, 拥有强大的运算控制能力。该调速器的硬件集成度高, 可靠性高, 性价比高; 内置的嵌入式操作系统的强实时及多任务的特性可以提高调速器处理复杂控制程序的能力以及实时反应的能力[8]。
( 2) 具有高可靠性的I/O 模块。频率信号及控制信号的采集速度快、精度高; 支持高级语言编程, 互操作性好, 调速器功能扩展灵活方便, 系统升级成本低。
( 3) 具有强大的通讯能力。通过设置的标准、可靠的数据通信接口, 可以方便地与上位机进行连接和通信; 支持工业以太网标准, 符合现代控制系统网络化的要求, 可以极大的提高水电站的自动化水平。
参考文献:
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[11] 叶宏材. VB.NET 在WinCon- 8000 中的灵活运用[J]. PLC &FA, 2004, ( 8) : 79- 81.
机电与金属结构
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