工作原理及系統概述
(1) DEH工作原理
DEH指汽輪機數字式電液控制系統,由計算機控制部分和EH液壓執行機構組成。采用DEH控制可以提高高、中壓調門的控制精度,為實現CCS協調控制及提高整個機組的控制水平提供了基本保障,更有利于汽輪機的安全運行。
DEH由三大部分組成:
電子硬件(DEH I/O站,操作員站,工程師):
MACS系統;
軟件:
系統軟件、應用軟件;
液壓伺服系統:電液轉換器、OPC電磁閥、LVDT閥位反饋、測速裝置。
DEH系統具備以下一些功能:
◎功能
機組轉速控制:機組起動和升降轉速控制
機組功率控制:機組升降負荷和穩定負荷控制
可調抽汽壓力控制:電、熱牽連調節,已熱定電運行控制,以電定熱運行控制
◎基本功能
自動同期控制
初始負荷控制
一次調頻功能
協調控制:功率控制,主汽壓力控制,閥位控制
電網自動發電控制(AGC):自動調度控制或自動發電控制
輔機故障減負荷
機組甩負荷快速保持
◎可選功能
汽輪機起動控制(新建機組一般均有,改造機組視情況定)
自動掛閘
◎超速保護(OPC)控制:機組甩負荷時,抑制轉速飛升避免汽機跳閘;在機組甩負荷的同時轉速超過預設值,自動關閉調門,維持機組在額定轉速。
◎主蒸汽壓力降低限制:主蒸汽壓力下降到設定值時,自動關小汽輪機調門開度,使蒸汽壓力維持在允許的值
◎汽輪機真空降低負荷限制(汽機廠決定,需真空與負荷曲線及真空度檢測儀表)
◎功率、主蒸汽流量和可調整抽汽流量限制
(2)硬件開發
針對DEH應用主要涉及兩種特殊卡件,轉速控制卡和閥位控制卡。轉速控制卡主要實現對汽輪機超速控制及超速保護功能,保證發電機組安全。閥位控制卡主要用于汽輪機閥門伺服驅動控制。該模件與功率放大模件相配合,可以實現對高壓抗燃油或低壓透平油系統電液轉換器的驅動。
轉速控制卡可分別檢測3路過零(AC/DC ≥500mV電壓峰值)轉速信號,相應送出轉速大于103%和110%控制信號。隨后由超速控制及超速保護邏輯對控制信號進行三選二處理,送出超速控制及超速保護輸出信號,最終控制對應的超速控制及超速保護開關動作。
閥位控制卡為智能型閥門伺服控制卡,該卡和伺服閥、閥門位移反饋等構成電液伺服回路,控制閥門的開度。閥位控制卡可檢測LVDT閥門位置反饋輸入信號,手/自動、OPC、ASL、聯鎖、RUNBACK等開關量輸入信號,可輸出-40mA~+40mA電流信號以驅動閥門動作。
DEH專用模塊(OPC,小網運行等)的開發可以使SUPMAX800系統擴展到DEH的控制中。
(3)系統構成及功能
下圖為DEH控制系統的系統結構框圖。
在圖中上層是工作站部分,包括工程師室、控制室。工程師室里有工程師站,歷史站。OPC小網運行等各類邏輯組態和數據監控就是在工作站完成的。工程師站可以用來組態DEH的控制邏輯并且下裝到控制器中運行。歷史站用于保存歷史數據,可以查看任何時間的各類DEH數據。控制室里有操作員站,操作員站上安裝有監控軟件,可以用來監控DEH數據,并且進行DEH的各類實驗。
中間是系統的冗余通信網絡SUPMAX800NET。網絡用于連接遠程處理單元和上位機控制站。實現了數據的傳輸功能。
下面是遠程處理單元。遠程處理單元包括我們的處理器DPU和各類I/O處理模塊,包括新開發的兩塊專用卡件。處理器DPU具有強大的數據處理功能。實現了各類邏輯算法,數據傳輸,還具有DEH的仿真功能等。I/O處理模塊實現采集和輸出控制的功能,用于連接DEH系統現場設備。
根據DEH的要求,系統遠程處理單元配置了兩對互為冗余的控制器DPU,各類卡件若干,還有其他一些輔助設備。配置清單如下所示:
1、機柜2個
2、24V電源4個(CP SNT 500W 24V 20A)
3、冗余切換模塊2個(CP DM 20)
4、直流配電端子2組
5、DO預制電纜4根
6、IO總線連接線6根
7、交流配電端子4組
8、繼電器64個
9、交換機4個
10、網絡預制電纜2套
11、DPU4塊
12、DI6塊
13、DO4塊
14、DO接線板4塊
15、AI14塊
16、AO4塊
17、RTD4塊
18、TC4塊
19、SPD6塊
這些配置組成了新一代DEH控制系統。實現各類DEH的采集和控制功能。
(4)軟件組成及功能
系統軟件包括控制器應用軟件的改造、I/O模件應用軟件、組態邏輯軟件三大部分。
a.控制器應用軟件的改造
在控制器的應用軟件的改造中,我們將系統的多樣性掃描周期進行了性能方面的改進,從原來的的控制進程20ms進一步將速度提高到10ms掃描進程,這樣就可以使控制器處理運算和掃描I/O的時間更加快速。同時保留了原來的其他幾個進程50ms,100ms,250ms,500ms,其中250ms為普通進程。
另外,控制器的I/O掃描方式也做了突破性的改進。采用了一種輸入輸出模塊的分時掃描方法,這種方法的應用,可以消除輸入輸出掃描在控制器處理的時候會有一個周期的延時的缺點,大大提高了I/O掃描的速度。
b.I/O應用軟件的開發
對于新開發的兩塊卡,我們對其開發了相應的應用軟件。針對轉速輸入配合硬件做了一定的處理,保證了轉速采集的精度。閥門驅動卡使用了A/D轉換芯片,應用軟件做了相應的處理,將原來PWM輸出的方式修改為現在直接和A/D轉換芯片通訊的方式。
c.組態邏輯軟件
根據DEH的功能,在工程師站組態了大量的控制邏輯,用于實現DEH功能。并且做了監控畫面用于監控相應的DEH數據。