沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水電站水輪機組控制領(lǐng)域，尤其涉及一種沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊式水輪機主要適用于高水頭小流量的水電站，這樣的機組引水管道很長，水流慣性時間常數(shù)較大，容易引起機組甩負(fù)荷時轉(zhuǎn)速和水壓過高，造成調(diào)節(jié)品質(zhì)差。為避免這些不利因數(shù)，沖擊式水輪機除了有正常調(diào)節(jié)流量的噴針外，還設(shè)有快速切斷水流量的折向器機構(gòu)，以便相應(yīng)地減少水輪機動力矩和轉(zhuǎn)速上升值。正常調(diào)節(jié)流量的噴針也可以緩慢調(diào)節(jié)噴針開度，防止管道中水壓上升過高。
[0003]近十年來高水頭資源在國內(nèi)得到很大發(fā)展，對于多噴針多折向器沖擊式水輪機調(diào)速器來說，由于控制噴針的接力器較多，使得調(diào)速機構(gòu)相應(yīng)變得十分龐大和復(fù)雜，不便于生產(chǎn)、安裝和維護(hù)，控制精度也難以提高。隨著現(xiàn)代控制理論技術(shù)、先進(jìn)的可編程控制技術(shù)和現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的不斷發(fā)展，水電站期待著一種人性化程度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高且性能指標(biāo)優(yōu)良的適用于多噴針多折向器沖擊式機組的調(diào)速器。
[0004]目前應(yīng)用于水電站的水輪機調(diào)速器大都能可靠運行，滿足電站現(xiàn)有需求，但針對未來數(shù)字化水電站的建設(shè)，還存在以下不足:
(I)噴針控制采用電液伺服閥或比例伺服閥，對油質(zhì)要求高，油質(zhì)不滿足要求容易發(fā)卡，造成噴針控制失靈。
[0005](2)機械液壓系統(tǒng)采用平面布置，體積龐大，不便于生產(chǎn)、安裝和維護(hù)。
[0006](3)設(shè)備投資多。
[0007](4)可靠性、利用率和可維修性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有水輪機控制技術(shù)易造成噴針控制失靈，且噴針控制裝置體積龐大，不便于生產(chǎn)、安裝和維護(hù)的問題，提供一種沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，集成度高，易調(diào)整，易操作，方便檢修維護(hù)。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)，包括調(diào)速器PLC、疊加式液壓伺服裝置，疊加式液壓伺服裝置包括與各個噴針對應(yīng)連接的各噴針控制單元、與各個折向器對應(yīng)連接的各折向器控制單元，各噴針控制單元及各折向器控制單元分別與調(diào)速器PLC連接，其中噴針控制單元包括功率放大器、噴針電液轉(zhuǎn)換器、噴針開關(guān)閥、噴針接力器、噴針接力器反饋機構(gòu)，調(diào)速器PLC的輸出端與功率放大器一連接，功率放大器一的另一端與噴針開關(guān)閥的開側(cè)電磁閥和關(guān)側(cè)電磁閥連接，噴針開關(guān)閥的開側(cè)電磁閥和關(guān)側(cè)電磁閥通過噴針電液轉(zhuǎn)換器對噴針接力器的開腔和關(guān)腔進(jìn)行控制，噴針接力器反饋機構(gòu)與調(diào)速器PLC連接；折向器控制單元包括功率放大器二、折向器電液轉(zhuǎn)換器、折向器開關(guān)閥、折向器接力器、折向器接力器反饋機構(gòu)，調(diào)速器PLC的輸出端與功率放大器二連接，功率放大器二的另一端與折向器開關(guān)閥的開側(cè)電磁閥和關(guān)側(cè)電磁閥連接，折向器開關(guān)閥的開側(cè)電磁閥和關(guān)側(cè)電磁閥通過折向器電液轉(zhuǎn)換器對折向器接力器的開腔和關(guān)腔進(jìn)行控制，折向器接力器反饋機構(gòu)與調(diào)速器PLC連接。
[0010]按上述技術(shù)方案，所述調(diào)速器PLC包括CPU模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊、信號調(diào)理模塊、高速計數(shù)輸入模塊、電源模塊、操作終端、PLC輸入模塊，其中信號調(diào)理模塊與高速計數(shù)輸入模塊連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊、高速計數(shù)輸入模塊、電源模塊、操作終端分別與CPU模塊連接，噴針接力器反饋機構(gòu)、折向器接力器反饋機構(gòu)分別與調(diào)速器PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊連接；信號調(diào)理模塊用于對沖擊式水輪機頻率及電網(wǎng)頻率進(jìn)行整形濾波，高速計數(shù)輸入模塊用于對沖擊式水輪機頻率和電網(wǎng)頻率及齒盤個數(shù)的脈沖計數(shù)；通訊模塊用于調(diào)速器PLC與遠(yuǎn)程計算機或遠(yuǎn)程維護(hù)模塊連接；A/D轉(zhuǎn)換模塊用于接收功率給定、水頭、接力器反饋采樣值、機組有功；PLC輸入模塊用于接收外部輸入的調(diào)相、一次調(diào)頻、負(fù)荷增減命令；操作終端用于對水輪機的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視(如開度、位置、運行狀態(tài)、故障)，CPU模塊用于接收高速計數(shù)輸入模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)，接收操作終端的命令，通過通訊模塊與外界通信，進(jìn)行PID計算和邏輯判斷并對噴針開關(guān)閥、折向器開關(guān)閥發(fā)出控制命令。
[0011]按上述技術(shù)方案，所述調(diào)速器PLC還包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊，開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊分別與CPU模塊連接，開關(guān)量輸入模塊用于接收開機、停機、并網(wǎng)、功給增及功減命令，開關(guān)量輸出模塊用于向噴針開關(guān)閥、折向器開關(guān)閥發(fā)出控制命令。
[0012]按上述技術(shù)方案，所述CPU模塊對每個噴針均輸出兩路PWM信號，分別控制噴針開關(guān)閥的開側(cè)電磁閥和關(guān)側(cè)電磁閥。
[0013]按上述技術(shù)方案，所述調(diào)速器PLC還包括串口測頻模塊，串口測頻模塊通過通訊模塊與CPU模塊連接，用于當(dāng)CPU模塊判定高速計數(shù)輸入模塊故障時，向CPU模塊提供水輪機頻率脈沖計數(shù)，測頻模塊包括控制芯片，控制芯片外圍連接測速信號的整形、濾波和光電隔離電路。
[0014]按上述技術(shù)方案，所述噴針開關(guān)閥具體為噴針電磁滑閥。
[0015]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
(I)調(diào)速器采用可編程控制器(PLC )，對各個狀態(tài)實時跟蹤。
[0016](2)噴針控制單元和折向器控制單元借用標(biāo)準(zhǔn)液壓件，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，便于批量生產(chǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少庫存，也便于檢修維護(hù)。
[0017](3)采用疊加式結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以方便地由各控制單元組合成多噴針多折向器控制的沖擊式調(diào)速器控制系統(tǒng)。
[0018](4)這種調(diào)速器PLC、疊加式液壓伺服裝置高度集成，節(jié)約布置空間，與油壓裝置的組合方便，也便于電站的現(xiàn)場布置。
[0019](5)采用數(shù)字閥作為電液轉(zhuǎn)換機構(gòu)(噴針電液轉(zhuǎn)換器、折向器電液轉(zhuǎn)換器)，油耗低，抗油污能力強，既能自動控制，也方便于手動操作。
[0020](6)可選擇單噴針或雙噴針開機，用于開機的噴針也可以人為選擇設(shè)定。并網(wǎng)工況可以實現(xiàn)按噴針開度或機組功率投切相應(yīng)的噴針，也可通過操作終端手動切除或投入相應(yīng)的噴針。
[0021](7)折向器和噴針采用電氣協(xié)聯(lián):折向器的開度按照協(xié)聯(lián)曲線隨動于噴針開度，并不總是處于全開狀態(tài)，便于大波動狀態(tài)下折向器開關(guān)時節(jié)約用油，同時也可減少折向器關(guān)閉的時間，有利于機組的安全運行。
[0022](8)對于接力器的控制，采用PWM模糊控制策略，可將噴針全行程開、關(guān)機時間控制在最快關(guān)機時間(調(diào)節(jié)保證計算得出時間)至70S之間，有利于機組的穩(wěn)定運行。
[0023](9)具有頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)，也具有機手動、自動和電手動工作方式。
[0024](10)控制系統(tǒng)的容錯控制:除了具有調(diào)速器通常的頻率容錯、PLC容錯、功率反饋故障容錯外，還具有沖擊式水輪機調(diào)速器特有的容錯:A、如果調(diào)速器設(shè)定1、3#噴針開機，當(dāng)開機時判斷1#或3#噴針反饋故障，則調(diào)速器自動選擇2、4#噴針開機，1,3#噴針按規(guī)定的時間關(guān)閉后退出運行；反之，也是如此。B、甩負(fù)荷時，若有噴針反饋故障，則相應(yīng)的噴針和其對稱的噴針按規(guī)定的時間關(guān)閉后退出運行，保證機組的穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0025]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1是本發(fā)明實施例沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)中調(diào)速器PLC的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例中單噴針開機流程框圖；
圖3是本發(fā)明實施例中雙噴針開機流程框圖；
圖4是本發(fā)明實施例沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)中測頻流程框圖；
圖5是本發(fā)明實施例沖擊式水輪機結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明實施例沖擊式水輪機智能控制系統(tǒng)的工作過程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體