[能源/化工]可编程控制器PLC微机调速器步进电机A系列说明书1

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 )模块具有内置的电池后备14K步RAM以存储顺控程序，也能用EPROMA2ASCPU(S1 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 A2ASCPU 控制系统 按所存程序，反复执行 I/O控制方式 刷新方式(可用指令实现部分I/O直接刷新方式) 编程语言 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 指顺控指令 22 令基本/应用指令 239 数 专用指令 200 处理速度(顺控指令) 0(2微秒/步 用户程序存储容量 14K步 I/O点数 512 故障监视定时器(WDT) 200毫秒 内存容量 46K字节 内部继电器(M) 7144(缺省值M0—M999，M2048—M8191) 锁定继电器(L) 1048(缺省值L1000—L2047) 步进继电器(S) 0 通讯用继电器(B) 4096(B0—BFFF) 点数 2048 100毫秒定时器 T0—T199(0.1—3276.7秒) 定10毫秒定时器 T200—T255(0.01—3276.7秒) 时100毫秒保持定时(缺省值)无(0.1—3276.7秒) 器 器 扩展定时器 T256—T2047 点数 1024 计普通计数器 C0—C256(范围0—32767) 9 数中断计数器 (缺省值)无(C224—C225) 器 扩展计数器 C256—C1023 数据寄存器D 6144(D0—D6143) 通讯用数据寄存器W 4096(W0—WFFF) 报警寄存器F 2048(F0—F2047) 累加器A 2(A0，A1) 文件寄存器R 8192(R0—R8191) 变址寄存器V，Z 14(V，V1—V6，Z,Z1—Z6) 跳步指针P 256(P0—P255) 中断指针I 32(I0—I31) 特殊继电器M 256(M9000—M9255) 特殊数据寄存器D 256(D9000—D9255) 注释 4032 扩展注释 3968 自诊断功能 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 出错时运行模式 停机/继续运行 STOP-RUN运行模式 可选，输出停机时存储的数据，或输出程序运行后 的数据 允许瞬时断电时间 20毫秒 消耗电流DC5V 0.32安培 重量 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。 终处理 4. 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 10 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 说明 运行环境温度 0~55? 存储环境温度 -20~75? 运行环境温度 10~90%RH(无凝露) 存储环境温度 10~90%RH(无凝露) 可变电阻 依照频率 加速幅度 扫描计数 JIS 10~55Hz 0.075mm 度 10次 C0911 55~150Hz lg 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 DC(直流)输入模块(漏型) 参数 A1SX40 输入点 16点 隔离方式 光电耦合 DC12V DC24V 额定输入电压 额定输入电流 约3mA 约7mA 操作电压范围 DC 10.2~26.4V(交流:5%以下) 最大同步输入点数 100%同步(DC26.4V) 11 通电压/通电流 DC8V以上/2mA以下 断电压/断电流 DC4V以下/1mA以下 输入阻抗 约3.3千欧 响应时间 断到通 10ms以下(DC24V) 通到断 10ms以下(DC24V) 公共点分配 16点/公共(公共点TB9，TB18) 导通批示灯 导通时LEDS灯亮 外部连接 20端子连接 20.75~1.5mm 配线尺寸 适用的压接端点 1.25~3，1.25~YS3A，V1.25~3，V1.2~YS3A 选件 无 内部耗电量50mA(TYP，所有点都接通) (5VDC) 0.20kg 重量 连接端子说明 端子号 I/O点 TB1 X0 TB2 X1 TB3 X2 TB4 X3 TB5 X4 TB6 X5 TB7 X6 TB8 X7 TB9 公共端 TB10 X8 TB11 X9 TB12 XA TB13 XB TB14 XC TB15 XD TB16 XE TB17 XF TB18 公共端 TB19 空 TB20 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，,,说明详见图纸。 12 6.4 A1SY40 16点晶体管输出模块说明 6.4.1 A1SY40 16点晶体管输出模块说明 型号 继电器接点输出模块 参数 A1SY40 输出点 16点 隔离方式 光电耦合 额定负载电压/电流 12/24VDC 0.1A(电阻负载)/1点,0.8A/组 OFF漏电流 小于0.1mA ON最大电压降 1.0VDC (一般)0.1A，2.5VDC(最大) 0.1A 浪涌吸收 齐纳二极管 保险容量 1.6A/组 响应时间 断到通 2ms以下(DC24V) 通到断 2ms以下(DC24V) 公共点分配 8点/公共(公共点TB9，TB18) 导通指示灯 导通时LEDS灯亮 外部连接 20端子连接 20.75~1.5mm 配线尺寸 适用的压接端点 1.25~3，1.25~YS3A，V1.25~3，V1.2~YS3A 选件 无 内部耗电量270mA(TYP，所有点都接通) (5VDC) 12/24VDC(10.2-30VDC) 扩展 电压 8 mA 电源 电流 0.19kg 重量 连接端子说明 端子号 I/O点 TB1 Y0 TB2 Y1 TB3 Y2 TB4 Y3 TB5 Y4 TB6 Y5 TB7 Y6 TB8 Y7 TB9 12/24VDC TB10 COM1 TB11 Y8 TB12 Y9 TB13 YA 13 TB14 YB TB15 YC TB16 YD TB17 YE TB18 YF TB19 12/24VDC TB20 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) 入 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 -4000 -8000 -12000 -5V或-20Ma -10V 1/4000 1/8000 1/12000 最大分辨率 2.5mV 1.25mV 0.83mV 电压输入 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 0.4A 电耗量(5V DC) 14 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 5μA 0,20mA 4μA 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 20.75,1.5mm 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 转换时间 6ms 导叶接力器反馈 电压0V~10VDC 6ms 导叶电机反馈 电压0V~10VDC 6ms 浆叶接力器反馈 电压0V~10VDC 6ms 浆叶电机反馈 电压0V~10VDC 15ms 水头采样 电流0~20mA 6ms 功率反馈 电流0~20mA 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 规格 接口 RS—232C 约定方式 半双工/通讯系统 通讯方式 无约定方式/双向方式 全双工/半双工 同步系统 同步系统 300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps通讯系统 (开关选择) 1 数据格式 启始位 数据位 7或8 数据格式 校验位 1或无 可选择 停止位 1或2 处理周期 1扫描周期 奇偶校验 错误检测 代码和校验 DTR/DSR(ER/DR)控制 Yes/no通过缓冲区选择 DX ON/OFF(DC1/DC3)控制 约定方式 1:1 系统构成 无约定方式 1:1 (外部设备:PC CPU) 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) 开关 设置项 设置开关位置 ON OFF SW03 不用 — SW04 在RUN允许* 不允许 时允许/ 不允许 写 1200 2400 4800 9600 19200 300 600 波特率 无 * 效 SW05 OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON 传输速 SW06 OFOFON ON OFF OFF ON ON 度设置 F F SW07 OFOFOFF OFON ON ON ON F F F SW08 数据位8位 7位* 设置 SW09 奇偶校设置* 不设置 验位 SW10 偶/奇校偶* 奇 验 SW11 2 1* 停止位 SW12 代码和 设置* 不设置 模式开关(专用通信协议) 模式设置 设置内容 0 不用 1 约定方式1 2 约定方式2 3 约定方式3 4* 约定方式4* 5 无约定方式或打印方式 6—E 不用 F 自检 注:标*的项为出厂设置 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 RD—323MS 电源电压 DC18V—40V(绝对最大额定电流40V) 电源电流 相当额定电流1.2倍(最大) 励磁电流 0.3—3.0A/相 驱动方式 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) 细分数 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旋钮设定自动降电流 将电流变为动作时电流的0—80% 响应频率 600KppsMAX(SPEED输入=5V时) 保护电路 电流电压低下保护、电机误接保护、过热保护 外形尺寸 63(M)×105(W)×56(D)mm 重量 250g 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 说明 1000VAC 绝缘介质强度 绝缘电阻 100MΩ(500VDC) 绝缘等级 B级 220N 允许的径向负载 60N 允许的轴向负载 18 o 1.8基本步进角 2.8V 电压 每相电流 4A/相 每相电阻 0.7Ω/相 感抗 5.7mH/相 保持力矩 4.9N?M(50kgƒ?cm) -422.9 10kg?m 转动惯量 2.5kg 质量 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F和网频信号F由机端PT引入，电压范围为0.2~200V，频率范JW 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F和F的各种状态进行判断，送JW 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): (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。 (2) 测频模块对机频实行双路测频，既可残压测频，也可齿盘+磁感应探头测频。 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, Hz时，采用齿盘测频;当机频?20Hz时，采用残压测频。 20 (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: (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= F -F，即网频减机频。 WJ b. 油开关合或油开关分但跟踪频给或网频不正常时: ?f=50- F。 J c. 测频周期:被测信号为50Hz时，采样周期为0.04秒。 油开关 光隔不跟踪 80C51FA 残压操作PLC机频整形脉冲终端 系统 网频整形 测频原理图 21 6.11 电源系统 6.11.1 PLC电源模块说明 项目 说明 A1S61P A1S62P A1S63P 基本安装位置 电源模块安装槽 输入电压 100~120VAC?10% 85~132VAC?15% DC24V 200~240VAC?10% 170~264VAC?15% 输入频率 50/60Hz?3Hz 最大输入功率 105VA 输入电流 8msec内20A 5VDC 5A 3A 8.3A 额定输出 24VDC 0.6A 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 65%以上 电源显示器 电源LED灯亮 端钮螺钉尺寸 M3.5×7 配线尺寸 0.3~3mm×mm 适用的无焊剂端钮 1.25—×3V,1.25—YS3A,V2—S3,V2—YS3A 拧紧转矩 8.5~11.5kg/cm 外形尺寸 130×55×94 0.53(1.17) 重量kb(ib) 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、操滤波作终端和机械AC220V整流稳电柜上的指示灯保护压压用 电输+15V:供 路出接力器反馈、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 第七章 步进电机-PLC微机调速器系统 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 引导阀辅接主配主接 Y111bt1测频bfTyBSTyS 局部反馈bn 1+TnS 1+Tn Sbp 硬件装置btTdS TdS+1 忽略TYB(0.1~0.01秒)，有: 1+TnS Tds+1 G(S)=? 2 1+Tn′SbλTyds+[bλTy+(bp+bt)Td]S+bp 考虑bp=0时的情况，则有: 1 Tn 1 G(S)=(1++ +Tns) bt Td Tds 23 Td+Tn 1 1 Tn =+ +S btTd btTd 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; Td+Tn 1 Tn Kp=KI=KD= ， ， 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: 1 KdS G(S)=Kp+KI+ S 1+TS Td+Tn Kp=(1) btTd 1 KI=(2) btTd Tn Kd=(3) 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 Y1KpXY=DT TYp=Kp X Td+Tn 0t t (3) 设计值(理论值)计算: ? 比例增量: Kd+Tn Yp=KpX=X?? ?? btTd ? 微分增量: Kd 1 Tn YD=X=X? ? ?? T T bt 24 ? 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: btTd t= 全 ?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 t ??e(t)dt=Te(jT) (矩形积分) 0j=0 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。 KD Y(KT)=Kpe(KT)+KITe(jT)+[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。 KD Y(KT-T)=Kpe(KT-T)+KIT?e(jT)+[e(KT-T)-e(KT-2T)] T 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: KDS GD(S)= T+Tfs 也就是说利用实际微分代替理想微分，输出波形见下图: 25 KDKDT+TfT I I PP ?Y(KT)=Kp?e(KT)+KITe(KT)+ ?U0(KT) Tf KD UD(KT)=+ [e(KT)-e(KT-T)] ? ? ? T+Tf 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?Y(K)直接加于输出，考虑bp及开G度给定回路 Y(K)=Y(K)+YD(K) PIYG 式中Y(K)X为比例积分及开度给定三项输出之和，Y(K) DPIYG Py(k)测频模块 e(k) +y(k)D 延时 +Iy(k-1)- -bp+ 直线参考模型Y (K)=Y (K)-Y (K-1)GGG 开度给定YG 为微分输出: Y(K)= Y(K-1)+ ?Y(K)+ ?Y(K)+ ?Y(K) D1GPIYGPIYG KD KD ?Y(K)=Y(K-1)+?e(k) DDT+Tf T+Tf 具体由计算机计算时，t、T、Tf选取适当的值。 26 第八章 步进电机-PLC微机调速器软件编程说明 8(1 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: (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: Y>7%,f>40HzY>7%,f>40Hz上电或复位且DL合且DL分 Y<7%或f<40Hz 停机等待 开机令 开机过程 f>45Hz停机令 停机令空 载停机 DL分DL合 负 载调 相 DL分 甩负荷 (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: (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: (1)读频差及检错; (2)故障诊断及处理; (3)操作处理; 27 (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: (1)模式判断(人为和自动); (2)功率闭环调节。 8(2 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: (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: 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: (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: 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: 1(开机规律: 1)基本开机特性: 28 Y cdbY1 eY2 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: 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 b20% 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: 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。 29 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为协联曲线保留的数据区可存放20个水头下的协联曲线。 PLC， 2.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: 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+1)f(a) Hi+1HHia0 HiHHi+1 上图是在任意两条水头下H,H的导叶与浆叶的协联关系曲线，当导叶开度在ii+1 某一值a时，可以直接在离散的数据区内查表，查到浆叶的转角值ΦH,，ΦH。0ii+1若现行水头H在某两条水头H和H之间，则利用线性插值法求得浆叶转角值:Φii+1 H Φ-Φ HiiΦ=Φ+(H-H) HHiH-Hii+1i 8( 5 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: 1(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: M0~M499用作程序内部辅助继电器。 第九章 步进电机-PLC微机调速器面板说明 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 31 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 (仪表指示 1 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); 第十章 步进电机-PLC微机调速器 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: 紧急停机电磁阀 反馈 PLC 位移 流量 接水控制 无油电液 输入 引导阀—力 轮器系统 发转换器 自动复中 电信号 主配压阀 电 机 电液比例控制 接力器反馈 32 PLC调速器控制系统根据输入电信号和反馈，经PID运算、放大后，输出数字信号给无油电液转换器，无油电液转换器再输出成比例的位移，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，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(φ100mn)。 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 33 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φ40、φ50、φ80、φ100、φ150五种，其中φ40、φ50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，桨叶的主配压阀直径可小于或等于导叶主配压阀的直径，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、 34 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， 35 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。 第十一章 步进电机-PLC微机调速器 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。 36 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 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: (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 37 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。 (自动停机 6 (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。 38 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 39