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FX2N可編程控制器在筒閥同步控制中的運用

發(fā)布時間:2008/5/28 0:00:00 訪問次數(shù):456

1、概述

  水輪機筒閥由法國neyrpic公司于1962年用于真機以來,通過一些中小水輪機的應(yīng)用實踐,逐步得到了完善。到1979年加拿大當(dāng)時最大的水電站lg-2,16臺出力為338.5mw的大型混流式水輪機采用了圓筒閥之后,它的應(yīng)用開始引起各國的注意,許多優(yōu)點得到公認(rèn)。因此,被越來越多的水電站采用。它的主要優(yōu)點有:1、安裝在固定導(dǎo)水葉與活動導(dǎo)水葉之間,同安裝在蝸殼前的球閥、蝶閥相比,縮短了整個廠房的縱向長度,降低了工程造價;2、密封性更好,能有效抑制了導(dǎo)葉漏水對導(dǎo)葉的磨損。3、開啟、關(guān)閉時間短,能更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)對水電廠快速開機的要求并能有效地防止事故情況下的機組過速。4、能消除機前閥門進出口處的收縮和擴散段伸縮節(jié)的附加水力損失。5、圓筒閥啟閉為直線運動,關(guān)閉時可根據(jù)水壓上升率調(diào)整關(guān)閉速度。而在圓筒閥的應(yīng)用實踐中如何保證多只接力器的同步成為筒閥控制的關(guān)鍵技術(shù)問題。下面就這一問題闡述應(yīng)用plc技術(shù)實現(xiàn)同步的原理和方法。

  2、筒閥的結(jié)構(gòu)及同步機構(gòu)原理

  傳統(tǒng)的解決同步問題的主要方法采用接力器驅(qū)動鏈條同步,在筒閥圓周盡可能多地均勻布置多支液壓接力器,每支接力器動桿(活塞)下端連接固定在閥體上,活塞上下運動可以驅(qū)動閥門啟閉。各活塞的同步移動有由可逆?zhèn)鲃拥臐L動螺旋副實現(xiàn),它是在活塞上固定的一只滾動螺旋傳動的螺母,螺母連接傳動絲桿,當(dāng)活塞上下移動時絲桿做正反旋轉(zhuǎn),絲桿上端連接齒輪將筒閥的垂直運動變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn),齒輪帶動鏈條一起連動其它接力器的齒輪同速旋轉(zhuǎn)并反作用于其絲桿而實現(xiàn)多只接力器的同步。此同步方案的缺點在于:1)、直徑大的筒閥將布置數(shù)量較多的接力器,增加整個系統(tǒng)的投資。2)、接力器油缸進油口無調(diào)節(jié)能力,均由調(diào)定的節(jié)流閥控制流量,接力器運行速度的調(diào)節(jié)控制沒有按調(diào)節(jié)規(guī)律運動的隨動性。3)、鏈條同步對發(fā)生異步的的油缸矯正能力差,易發(fā)生鏈條張力矩過載甚至拉斷,導(dǎo)致筒閥啟閉失敗。4)、由于油缸進油量由節(jié)流閥調(diào)整固定,筒閥只能定速啟閉,喪失了筒閥直線運動可按程序指定啟閉速度進行啟閉的優(yōu)勢。

  3、采用plc輸出控制比例閥液壓隨動系統(tǒng)實現(xiàn)同步

  此方案采用接力器直接驅(qū)動筒閥并控制其同步,滾動螺旋副和鏈傳動的同步機構(gòu)可以取消或作為輔助同步手段和保護措施。另外,接力器本身不需再設(shè)緩沖裝置,緩沖功能由plc控制程序?qū)崿F(xiàn)。采用本方案與傳統(tǒng)的同步控制系統(tǒng)相比有如下特點:1)、可以靈活地改變(修改控制程序)閥門關(guān)閉開啟的運動規(guī)律,使之更符合機組運行之需要。例如:當(dāng)事故緊急停機調(diào)速器主配拒動而需快速關(guān)閉筒閥是時,為了即快速又不致使蝸殼及壓力鋼管水壓上升率過高可采用分段關(guān)閉的控制規(guī)律。2)、可以取消機械同步機構(gòu),大大簡化控制操作機構(gòu)從而精簡筒閥的整體結(jié)構(gòu),節(jié)省機坑內(nèi)空間,改善運行維護條件。3)、減少操作執(zhí)行組件數(shù)量,降低工程造價。4)、利用計算機通訊技術(shù),為實現(xiàn)計算機遠(yuǎn)方監(jiān)控提供堅實的現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)采集單元。

  3.1控制系統(tǒng)基本原理

  該系統(tǒng)主要由硬件和控制軟件兩部分組成,其中硬件部分包含可編程控制器(本方案plc選用三菱公司的fx2n-80mt)及其配套的a/d模塊、通訊模塊、接力器行程測量組件(選用磁感應(yīng)高精度、高速脈沖輸出)、信號功率放大板、液壓比例閥、電源、操作開關(guān)、按鈕以及信號燈等組成;其系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖一所示。軟件由三菱公司配套可在windows下編程的fxgp-win-c開發(fā)而得。系統(tǒng)的基本控制策略如下:整個系統(tǒng)可視為以位移量偏差為負(fù)反饋的閉環(huán)電液隨動系統(tǒng),在多只接力器不同步的情況下,以其中一只為基準(zhǔn),在給定的啟、閉規(guī)律基礎(chǔ)上按經(jīng)典pi控制算法,產(chǎn)生控制量作用到液壓比例閥上,液壓比例閥控制油流量大小校正發(fā)生的不同步的偏差以保證各油缸的同步運行。
3.2各部分工作元器件特性

  3.2.1控制運算部件plc及其各功能模塊

  plc(fx2n-80mt)是整個系統(tǒng)的核心控制部件,其豐富齊備的控制運算指令、優(yōu)越的性能、現(xiàn)場編程調(diào)試的方便已成為實現(xiàn)各種控制的現(xiàn)場級設(shè)備。其主要性能指標(biāo)有:運算速度: 0.08us/步(基本指令), 1.52us—數(shù)100us(應(yīng)用指令);用戶程序內(nèi)存容量:16k,系統(tǒng)程序內(nèi)存容量:8k;應(yīng)用指令:128種 298個;輸入口:5組每組8個,其中高速記數(shù)口8個(x000—x007);響應(yīng)速度:8個點合計小于等于20khz,自帶電源容量:24v600ma;輸入電源:ac/dc170v—250v。各功能模塊:1)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊fx2n-4ad:用于接收壓力傳感器輸出的4-20ma電流信號,將其變?yōu)閜lc程序可用的0-1000的十進制數(shù)。其性能指標(biāo)如下:功耗:dc5v30ma,模擬量輸入范圍:電壓dc-10v--+10v最大-15v--+15v(輸入阻抗200k),電流dc-20ma--+20ma最大-32ma—+32ma(輸入阻抗250),;輸出數(shù)字范圍:-2047--+2047;分辨率:電壓5mv,電流20ua;線性度:±1%f.s,采樣速度:普通通道15ms,高速通道:6ms;3)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊fx2n-2da:將plc運算得到的控制量

1、概述

  水輪機筒閥由法國neyrpic公司于1962年用于真機以來,通過一些中小水輪機的應(yīng)用實踐,逐步得到了完善。到1979年加拿大當(dāng)時最大的水電站lg-2,16臺出力為338.5mw的大型混流式水輪機采用了圓筒閥之后,它的應(yīng)用開始引起各國的注意,許多優(yōu)點得到公認(rèn)。因此,被越來越多的水電站采用。它的主要優(yōu)點有:1、安裝在固定導(dǎo)水葉與活動導(dǎo)水葉之間,同安裝在蝸殼前的球閥、蝶閥相比,縮短了整個廠房的縱向長度,降低了工程造價;2、密封性更好,能有效抑制了導(dǎo)葉漏水對導(dǎo)葉的磨損。3、開啟、關(guān)閉時間短,能更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)對水電廠快速開機的要求并能有效地防止事故情況下的機組過速。4、能消除機前閥門進出口處的收縮和擴散段伸縮節(jié)的附加水力損失。5、圓筒閥啟閉為直線運動,關(guān)閉時可根據(jù)水壓上升率調(diào)整關(guān)閉速度。而在圓筒閥的應(yīng)用實踐中如何保證多只接力器的同步成為筒閥控制的關(guān)鍵技術(shù)問題。下面就這一問題闡述應(yīng)用plc技術(shù)實現(xiàn)同步的原理和方法。

  2、筒閥的結(jié)構(gòu)及同步機構(gòu)原理

  傳統(tǒng)的解決同步問題的主要方法采用接力器驅(qū)動鏈條同步,在筒閥圓周盡可能多地均勻布置多支液壓接力器,每支接力器動桿(活塞)下端連接固定在閥體上,活塞上下運動可以驅(qū)動閥門啟閉。各活塞的同步移動有由可逆?zhèn)鲃拥臐L動螺旋副實現(xiàn),它是在活塞上固定的一只滾動螺旋傳動的螺母,螺母連接傳動絲桿,當(dāng)活塞上下移動時絲桿做正反旋轉(zhuǎn),絲桿上端連接齒輪將筒閥的垂直運動變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn),齒輪帶動鏈條一起連動其它接力器的齒輪同速旋轉(zhuǎn)并反作用于其絲桿而實現(xiàn)多只接力器的同步。此同步方案的缺點在于:1)、直徑大的筒閥將布置數(shù)量較多的接力器,增加整個系統(tǒng)的投資。2)、接力器油缸進油口無調(diào)節(jié)能力,均由調(diào)定的節(jié)流閥控制流量,接力器運行速度的調(diào)節(jié)控制沒有按調(diào)節(jié)規(guī)律運動的隨動性。3)、鏈條同步對發(fā)生異步的的油缸矯正能力差,易發(fā)生鏈條張力矩過載甚至拉斷,導(dǎo)致筒閥啟閉失敗。4)、由于油缸進油量由節(jié)流閥調(diào)整固定,筒閥只能定速啟閉,喪失了筒閥直線運動可按程序指定啟閉速度進行啟閉的優(yōu)勢。

  3、采用plc輸出控制比例閥液壓隨動系統(tǒng)實現(xiàn)同步

  此方案采用接力器直接驅(qū)動筒閥并控制其同步,滾動螺旋副和鏈傳動的同步機構(gòu)可以取消或作為輔助同步手段和保護措施。另外,接力器本身不需再設(shè)緩沖裝置,緩沖功能由plc控制程序?qū)崿F(xiàn)。采用本方案與傳統(tǒng)的同步控制系統(tǒng)相比有如下特點:1)、可以靈活地改變(修改控制程序)閥門關(guān)閉開啟的運動規(guī)律,使之更符合機組運行之需要。例如:當(dāng)事故緊急停機調(diào)速器主配拒動而需快速關(guān)閉筒閥是時,為了即快速又不致使蝸殼及壓力鋼管水壓上升率過高可采用分段關(guān)閉的控制規(guī)律。2)、可以取消機械同步機構(gòu),大大簡化控制操作機構(gòu)從而精簡筒閥的整體結(jié)構(gòu),節(jié)省機坑內(nèi)空間,改善運行維護條件。3)、減少操作執(zhí)行組件數(shù)量,降低工程造價。4)、利用計算機通訊技術(shù),為實現(xiàn)計算機遠(yuǎn)方監(jiān)控提供堅實的現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)采集單元。

  3.1控制系統(tǒng)基本原理

  該系統(tǒng)主要由硬件和控制軟件兩部分組成,其中硬件部分包含可編程控制器(本方案plc選用三菱公司的fx2n-80mt)及其配套的a/d模塊、通訊模塊、接力器行程測量組件(選用磁感應(yīng)高精度、高速脈沖輸出)、信號功率放大板、液壓比例閥、電源、操作開關(guān)、按鈕以及信號燈等組成;其系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖一所示。軟件由三菱公司配套可在windows下編程的fxgp-win-c開發(fā)而得。系統(tǒng)的基本控制策略如下:整個系統(tǒng)可視為以位移量偏差為負(fù)反饋的閉環(huán)電液隨動系統(tǒng),在多只接力器不同步的情況下,以其中一只為基準(zhǔn),在給定的啟、閉規(guī)律基礎(chǔ)上按經(jīng)典pi控制算法,產(chǎn)生控制量作用到液壓比例閥上,液壓比例閥控制油流量大小校正發(fā)生的不同步的偏差以保證各油缸的同步運行。
3.2各部分工作元器件特性

  3.2.1控制運算部件plc及其各功能模塊

  plc(fx2n-80mt)是整個系統(tǒng)的核心控制部件,其豐富齊備的控制運算指令、優(yōu)越的性能、現(xiàn)場編程調(diào)試的方便已成為實現(xiàn)各種控制的現(xiàn)場級設(shè)備。其主要性能指標(biāo)有:運算速度: 0.08us/步(基本指令), 1.52us—數(shù)100us(應(yīng)用指令);用戶程序內(nèi)存容量:16k,系統(tǒng)程序內(nèi)存容量:8k;應(yīng)用指令:128種 298個;輸入口:5組每組8個,其中高速記數(shù)口8個(x000—x007);響應(yīng)速度:8個點合計小于等于20khz,自帶電源容量:24v600ma;輸入電源:ac/dc170v—250v。各功能模塊:1)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊fx2n-4ad:用于接收壓力傳感器輸出的4-20ma電流信號,將其變?yōu)閜lc程序可用的0-1000的十進制數(shù)。其性能指標(biāo)如下:功耗:dc5v30ma,模擬量輸入范圍:電壓dc-10v--+10v最大-15v--+15v(輸入阻抗200k),電流dc-20ma--+20ma最大-32ma—+32ma(輸入阻抗250),;輸出數(shù)字范圍:-2047--+2047;分辨率:電壓5mv,電流20ua;線性度:±1%f.s,采樣速度:普通通道15ms,高速通道:6ms;3)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊fx2n-2da:將plc運算得到的控制量
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