〔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。本文介绍PCC 技术与《步进电机—丝杠螺母副》式电/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；水电厂
0 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SLD74 –LJ-140型水轮发电机组三台：N＝3×6000KW，Hr＝44.15m，Qr＝15.77m/s，nr＝375r/min，配用YDT-3000型电液调速器。
为了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，2001 年10 月象山水电厂与南宁发电设备总厂（2001 年12月该厂的辅机部分已改制形成专业化公司—南宁瑞能处控技术有限公司）合作，采用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3#机的YDT-3000型电液调速器进行技术改造。改造工作于2001年10月18日完成，机组投入运行前对调速器进行了全面的静、动态性能验收试验，其性能指标达到了国家标准要求，随后3# 机即投入商业运行考验。
改造后的3# 机PCC微机调速器运行情况一直很好，未见出现故障，运行人员对其稳定性和可靠性感到满意。于是2002年6月象山水电厂再次与南宁瑞能处控技术有限公司合作， 完成了象山水电厂余下两台YDT-3000型电液调速器的改造。改造工作分别于2002年6月30日和7月16日先后结束，改造后的这两台PCC微机调速器运行情况也都很好。
由于负荷调度的需要，象山水电厂三台机组的起、停操作都比较频繁，但三台P CC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。三台调速器改造PCC 微机调速器后，其《PCC微机调节日历》和《步进电机—丝杠螺母副》式电/ 液变换装置工作可靠性高，调速器的机械结构也变得相当简单，运行的稳定性和可靠性令人满意，而且使用操作方便、维护工作量小，实现了中控室远方操作，满足了象山水电厂计算机监控系统的要求。另外，由于取消了原来的控制套式电液转换器，减少了调速器的耗油量，所以，油泵的启动次数也明显减少。因此，我们认为对象山水电厂YDT-3000型电液调速器所进行的技术改造是成功的。
我们谨在这里将象山水电厂调速器改造的情况向读者介绍，以便相互交流。
1 调速器改造的思路和方案
随着科学技术的日益发展，电站对调速器的要求也愈加严格，不仅要求调速器的性能好，而且对其可靠性的要求也越来越高。同时，还提出了逐步实现“无人值班，少人值守”的要求。因此，调速器产品质量的稳定性和可靠性，以及是否能与计算机监控技术相匹配等等，已经成为用户关注的焦点。这是“时代”发展对调速器提出的要求，是一种合乎情理的要求。
象山水电厂的YDT-3000型电液调速器，应该说其性能还是不错的，但限于技术发展的历史原因，使其还存在着以下几方面的弱点：
（1）其《YDT 调节器》属模拟电路型，性能受电压、温度和时间这三种“漂移”的影响较大，电路也较复杂且难于调整，因此，对运行维护人员的要求比较高。
（2.）由于调速器产品属单件小批量生产（这是水电行业的通病），因此，其电子元器件的采购来源不够稳定，检测、老化和筛选工作也不容易做到家，而且，单件小批量生产难以摆脱“手工作坊”式的生产模式。因此产品制造工艺水平低，至使产品质量的稳定性和可靠性较差。
（3）调速器使用的“电/ 液变换装置”是操作力小、对油污敏感、可靠性较低的常规“控制套”式电/液转换器。这种“控制套”/ 液转换器对加工精度、装配调试人员的素质，以及电站运行维护水平的要求都比较高（据统计，由于制造质量和电站运行维护等方面的原因，而由电/液转换器引起的调速器的故障可占道20%~25%）。
基于以上分析，我们改造思路是：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/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不是问题所在，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。
2 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 万小时，PCC 可达50 万小时）。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速器的调节控制核心，是调速器安全可靠运行的关键所在。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 具有更高档次得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。通常的PLC 模块用于测频时，由于其精度和响应速度不能同时满足要求，因此，市面上相当一部分的PLC 微机调速器都不得不使用自制的测频插件（这种插件成本也低），从而时其整机可靠性打了折扣。而对象山水电厂的调速器改造，由于我们应用了PCC 技术，因此，就能够利用B＆R公司高速（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。
3 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/ 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（十字弹簧刚度仅未400/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，至使装置可靠性较低。所以它就成为机械部分改造的主攻对象：我们用输出力矩大且带反馈的《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”直接座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，原来的主配压阀活赛结构有所改变。
“变换装置”中的步进电机选用日本RORZE 公司的RM 型产品，并配以高品质的进口RD 驱动器，步进电机最大相电流为3A，输出力矩13kgf.com（比原来电/液转换器的十字弹簧刚度大数十倍）。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。
4 改造后调速器的特点及试验和运行情况
4.1 调速器的特点
（1）配置“全可编程”标准模块式的《PCC 微机调速器》；
（2）采用标准的B＆R高速数字量I/O模块”完成容错残压测频，实现变参数并联PID 调节，因此，调速器具有优良的静、动态调节品质；
（3）备有“频率”和“开度”两种运行模式供用户选择，运行模式之间可无扰动地任意切换；
（4）设有不同运行水头下机组的最优开机规律和高水头时自动限制机组最大出力的功能；
（5）采用液晶《显示设定单元》作为人机对话工具。将数据监视、参数设定和报警显示等集于一身。参数显示和修改直观准确，并有防止和自动效正误操作的功能；
（6）配备通讯模块，满足电站计算机监控和通讯的需要；
（7）为了保证PCC 微机调节器的可靠工作，采用了高质量的进口开关电源模块和交直流电源两路供电互为备用的工作方式；
（8）采用了大力矩带反馈的《步进电机—丝杠螺母副》式电/液变换装置；
（9）采用电气输出通过“电/液变换装置”直接控制主配压阀动作的结构方式，而变换装置和接力器的行程反馈均取用“电气量”，因此，得以省去自动调节信号通道上的大量中间环节，也取消了大量机械杠杆传动（唯一的一根杠杆仅用于机械开限并不参与自动调节）。
以上这些实质性的改造措施，使得PCC 微机调速器具有系统简洁适用、转速死区小、响应敏捷、调节稳定可靠、运行维护简单和操作使用方便的特点。
4.2 试验和运行情况
象山水电厂三台机的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。现将三台PCC微机调速器的主要试验结果摘录整理如下表：
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）。
三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七十二小时负载运行试验均未见异常。三台机中得3#机PCC 微机调速器于2001 年10 月18日，1#、2# 机PCC 微机调速器分别于2002 年6 月和7月16日都陆续投入商业运行。
由于负荷调度的需要，象山水电厂三台机组的起、停机操作都比较频繁，但三台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，使调速器油泵的启动间隔时间由原来的15~20分钟延长至90~110 分钟，启动次数明显减少，这对延长“油泵—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。
5 结语
经过较全面的性能试验和象山水电厂连续一年多的实际运行考验表明，黑河象山水电厂和南宁瑞能自控技术有限公司对YDT-3000 调速器所进行的技术改造是成功的。这种采用PCC 技术和《步进电机—丝杠螺母副》式电／液变换技术的微机调速器不仅可以满足新的电站的配套需要，也为众多电站调速器的技术更新改造提供了一种新的简捷而经济的途径。
作者：唐晓刁 爱娟 黑龙江省黑河象山水电厂