摘 要:PCC 是计算机功能比PLC(可编程逻辑控制器) 更为强大的一种可编程控制器,他可支持多个CPU 同时工作并能实现多个任务分时按优先级运行,因此编程简洁运行快速,更适合实时控制的调速器的需要。文章介绍PCC 技术与《步进电机—丝杠螺母副》式电P液变换技术相结合,在水力发电厂电液调速器技术更新改造中的成功应用。
关键词:PCC 技术；步进电机；丝杠螺母副；调速器
1 前言
黑河象山水电厂采用的有压隧洞供水,隧洞全长500m ,到厂房前分为叉管通向各台机组。电厂共装有HLD74 - LJ -140 型水轮发电机组3 台:N = 3X6000KW,Hr = 44.15m ,Qr =15.77mPs ,nr = 375r/min ,配用YDT- 3000 型电液调速器。
由于YDT- 3000 型电液调速器属模拟电路型,性能受电压、温度和时间的影响较大,并且其YDT - 3000 电/液变换装置操作力小、对油污敏感、可靠性较低,因此,我厂分别于2001年及2002 年对3 台机组进行了改造,采用了南宁瑞能自控技术有限公司生产的步进电机—丝杠螺母副式电/液变换技术。
2 改造思路和方案
采用先进的PCC 技术和《步进电机—丝杠螺母副》式电/液变换技术对象山水电厂YDT- 3000 型调速器进行实质性更新改造,借助外部厂商的专业化优势和性能优良的电P液变换技术,来克服YDT- 3000 型调速器存在的不足,以达到提高机组运行的稳定性和可靠性,提高电厂的自动化管理水平的目的。具体措施和做法是:
(1) 采用全标准模块式的《PCC 微机调节器》取代模拟电路型的《YDT调节器》以解决调速器产品制造工艺水平低、电气性能不稳定、可靠性差和难于调整等问题；
(2) 配备通讯模块以满足电站计算机监控和通讯的需要；
(3) 用带反馈的《步进电机—丝杠螺母副》式电/液变换装置取代原来的常规“控制套”式电/液转换器,并借以重新构成一个结构简洁而实用的调速器液压控制系统,以降低机械部分的故障率,提高调速器的安全可靠性；
(4) 由于调速器的油压装置和接力器等部分运行较为可靠,故予以保留继续使用,以减少改造的工作量和节省改造费用。
3 全标准模块式的《PCC 微机调速器》
可编程逻辑控制器(PLC) 和可编程计算机控制器(PCC)都是计算机技术在工业控制领域的新成果,是为工业控制之用而专门设计的,在世界范围销售并由专业厂商采用自动化流水线大规模生产的标准模块式产品。因此,制造工艺水平高,质量稳定性好(无故障运行时间PLC 可达30万h ,PCC 可达50万h) 。这些标准模块使用方便,用户只需根据要求自行选择和配置模块,并编自己的应用程序即可。
PCC较之PLC 具有更强大的计算机功能,可支持多个CPU 同时工作。它不但支持梯形图编程,还可使用高级的C语言编程。更重要的是能实现多任务分时按优先等级的先后来运行,因此程序简洁快速,更适合调速器实时控制的需要。
由于微机调节器是整个调整器的调节控制核心,是调速器安全可造运行的关键所在,因此,对于象山水电厂调速器的微机调节器,我们决定全部采用比PLC 具有更高档次的2000系列PCC 模块(奥地利B&R 工业自动化公司产品) 来构成,使这种《PCC 微机调节器》能够成为一种“全标准可编程模块”式的产品。
调节器能否实现“全可编程”,关键在于测频功能能否“标准模块”化。由于应用了PCC 技术,就能够利用B&R 公司的高速(4MHZ) 数字量I/O 模块,配合独特的时间处理单元来完成“标准模块”的直接、高速、高精度测频,从而实现了主要电路无自制插件的设计思想,避免因使用工艺水平差的自制插件而造成“鞋底厚,鞋面薄”整机可靠性低的现象。
这种“全可编程”标准模块式的《PCC 微机调节器》,只需将配置好的模块插入和接好相应的外部线路,并写入“调速器应用程序”即可使用。这就免去了大量而重要的电子元件的采购、检测、老化、筛选、电路板的装焊和调试等项工作,使调节器生产的关键工序基本摆脱了“手工作坊”式的生产模式,大大减少了人为因素影响,因此,调节器的产品质量就比较稳定可靠。再加上《PCC 微机调节器》属免维修型,所以对电站运行维护人员的要求也大为降低,这就为调速器的安全可靠运行提供了坚实的硬件基础。
4 带反馈的《步进电机—丝杠螺母副》式电/液变换装置
“电/液变换装置”是电液调速器液压控制系统的关键,但也是液压控制系统中最薄弱的环节。因此,要使改造后调速器的整机可靠性高。除了在电气方面采用PCC 技术进行改造之外,还必须对YDT - 3000 型电液调速器中以常规“控制套”式电P液转换器来构成的液压控制系统加以改造。
由于这种“控制套”式电/液转换器操作力小(十字弹簧刚度仅为400g/mm ,加上其控制套配合间隙、以及定节流孔和变节流孔都较小,因此对油污敏感容易卡涩,致使装置可靠性较低。所以它就成为机械部分改造的主攻对象:我们用输出力大且带反馈的《步进电机—丝杠螺母副》式电/液变换装置取而代之。在结构设计时,由于采用了将“电/液变换装置”直接坐落在主配压阀上的方案,故而得以重新构成一个结构简洁而适用的调速器液压控制系统,这对改善系统性能和提高调速器的可靠性都十分有利。为了适应新的控制方式,原来的主配压阀活塞结构有所改变。
“变换装置”中的步进电机选用日本RORZE 公司的RM型产品,并配以高品质的进行RD 驱动器,步进电机最大相电流为3A ,输出力矩13kgfcm(比原来电/液转换器的十字弹簧刚度大数10 倍) 。而“丝杠螺母副”是经过热处理的精细传动偶件,配以直线式导电塑料精密电位器(军品) ,用来准确地反馈丝杠螺母副在调节过程中的实际位移,也可借以消除传动副的间隙,以及步进电机可能出现的失步所造成的影响。
5 试验和运行情况
象山水电厂3 台机的YDT- 3000 调速器在改造工作完成之后,都进行了全面的静、动态性能验收试验,其性能指标均达到国家标准的要求。现将3 台PCC 微机调速器的主要试验结果摘录整理如表1 :
表1
说明:在甩负荷试验中由于受压力上升的限制而未能把接力器关闭时间调快,因此,机组转速上升略偏高(仍满足调保计算要求) 。
3 台机组的调速器经过全面的静、动态性能试验之后又分别进行了72h 负载运行试验均未见异常。3 台机中得3 # 机PCC微权调速器于2001 - 10 - 18 ,1 # 、2 # 机PCC 微机调速器分别于2002 - 06 月和- 07 - 16 都陆续投入商业运行。
由于负荷调度的需要,象山水电厂3 台机组的起、停机操作都比较频繁,但3 台PCC 微机调速器均能经受住考验,正确可靠地工作,未见出现故障,其运行稳定性和可靠性令人满意。另外,由于取消了原来的“控制套”式电液转换器减少调速器的耗油量, 使调速器汕泵的启运间隔时间由原来的15 - 20min延长至90 - 110min ,启动次数明显减少,这对延长“汕泵-电动机”及其控制设备的寿命和减少厂用电的消耗都带来好处。
作者：袁成林,雷加辉
(黑河象山水电厂,黑龙江 黑河 164300)