汽轮机数字电液调节器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种汽轮机数字电液调节器，包括：电源、PLC系统以及与PLC系统信号连接的数据采集模块、信号隔离模块、继电器模块、伺服控制模块、OPC超速保护模块以及人机界面模块，PLC系统与前述人机界面模块以及远程工作站通讯；PLC系统通过其I/O接口与OPC超速保护模块进行数据交换，I/O模块直接与信号隔离模块、伺服控制模块和继电器模块相连，实时采集外部信号状态；OPC超速保护模块同时采集三路转速信号，实现三取二的超速保护，PLC系统实时读取OPC超速保护模块的三路转速值，参与PID运算并根据操作员的命令目标输出相应的驱动电流给现场液压执行器。本调节器配置简单、通用性强、实用方便，可广泛适用于工业控制应用场景。
【专利说明】汽轮机数字电液调节器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及汽轮机【技术领域】，具体而言涉及一种汽轮机数字电液调节器。
【背景技术】
[0002] 调节器主要应用于各种凝汽、背压、补汽、单抽、抽背发电供热机组转速、功率、抽 汽压力、排汽压力的独立调节或者热电解耦调节，也可用于各类拖动风机水泵纯调速控制 (风机风压、水泵出水量)、拖动汽轮机工业串级控制(压缩机气压、锅炉水位、其它拖动机负 荷等)。
[0003] 我国国内使用的非冗余式汽轮机电液控制器，多为美国woodward公司产品，该产 品人机界面为全英文显示，价格高、操作维护维修不方便。国内同类产品，虽然根据进口产 品进行了设计改进，但大部分产品功能不够全面，比如有人机界面，但没有远程工作站；有 些有工作站，却没有人机界面，功能能满足一些特定控制场合，分类较多，不能够实现通用。 实用新型内容
[0004] 本实用新型目的在于提供一种能在现场各种工况下使用的工业级汽轮机数字电 液调节器，满足发电汽轮机组转速控制、功率控制、供热控制、热电牵连控制，拖动机组转速 控制、串级参数控制，孤网运行控制等场合。
[0005] 为达成上述目的，本实用新型提出一种汽轮机数字电液调节器，包括电源、PLC系 统以及与PLC系统信号连接的数据采集模块、信号隔离模块、继电器模块、伺服控制模块、 0PC超速保护模块以及人机界面模块，其中：PLC系统与前述人机界面模块以及一远程工作 站通讯，实现数据交换；PLC系统通过其I/O接口与0PC超速保护模块进行数据交换，I/O模 块直接与信号隔离模块、伺服控制模块和继电器模块相连，实时采集外部信号状态；0PC超 速保护模块包括3块转速采集卡和1块表决卡，同时采集三路转速信号，实现三取二的超速 保护，前述PLC系统实时读取0PC超速保护模块的三路转速值，参与PID运算并根据操作员 的命令目标进行工作，输出相应的驱动电流给现场液压执行器。
[0006] 进一步，前述伺服控制模块采用双路LVDT位置反馈高选形式，根据PLC系统目标 指令，完成PID计算输出控制信号。
[0007] 进一步，前述0PC超速保护模块包含3块转速采集卡和1块表决卡，每块转速采集 卡由一块CPLD芯片负责转速采集和一块8051单片机负责转换CPLD采集的转速信号并实 现与PLC系统通讯功能。
[0008] 进一步，前述电源、PLC系统CPU以及与CPU信号连接的数据采集模块、信号隔离 模块、继电器模块、伺服控制模块以及0PC超速保护模块均固定在一总线背板上，人机界面 模块固定在一显示面板上，该显示面板通过螺钉固定在机箱上。
[0009] 由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型的数字调节器可在现场各种工况 下使用，满足发电汽轮机组转速控制、功率控制、供热控制、热电牵连控制，拖动机组转速控 制、串级参数控制，孤网运行控制等场合，性能稳定，通用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1本实用新型的数字调节器的机箱外形图 [0011] 图2为数字调节器的机箱背部图。
[0012] 图3为数字调节器的内部总装图。
[0013] 图4为数字调节器的系统原理图。
[0014] 图5为数字调节器中伺服驱动电路原理框图。
[0015] 图6为数字调节器中0PC超速保护电路原理框图。
[0016] 图7为数字调节器的主程序流程图。
【具体实施方式】
[0017] 为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0018] 如图1-7所示，根据本实用新型的较优实施例，汽轮机数字电液调节器包括电源、 PLC系统以及与PLC系统信号连接的数据采集模块、信号隔离模块、继电器模块、伺服控制 模块、0PC超速保护模块以及人机界面模块，其中：PLC系统与前述人机界面模块以及远程 工作站通讯，实现数据交换；PLC系统通过其I/O接口与0PC超速保护模块进行数据交换， I/O模块直接与信号隔离模块、伺服控制模块和继电器模块相连，实时采集外部信号状态； 0PC超速保护模块包括3块转速采集卡和1块表决卡，同时采集三路转速信号，实现三取二 的超速保护，前述PLC系统实时读取0PC超速保护模块的三路转速值，参与PID运算。
[0019] 参考图1-3所示，机箱内的电源、PLC系统CPU以及与PLC系统CPU信号连接的数 据采集模块、信号隔离模块、继电器模块、伺服控制模块以及0PC超速保护模块均固定在总 线背板上，人机界面模块固定在一显示面板上，该显示面板通过螺钉固定在机箱上，整个机 箱可通过嵌入式面板安装方式固定在工作现场机柜中。其中，PLC系统CPU、I/0模块、电源、 温度采集卡通过导轨固定在总线背板上，它们的电源、信号均连接至总线背板；信号隔离模 块、继电器模块、伺服控制模块、0PC超速保护模块均以插件形式通过接插件及支架固定并 连接至总线背板上，调节器所有的I/O信号均通过总线背板的接线端子对外接线。总线背 板负责所有电源通路、信号通路、通讯通路、固定模块电路、固定接线端子。
[0020] 远程工作站则可视需要配置于中控室或其它场合，人机界面模块和远程工作站均 能与PLC系统进行通讯，显示当前设备运行中的所有参数，包括油动机行程、转速、功率、温 度、主汽压力、抽汽压力、补汽压力、排汽压力、真空度，油开关状态、主汽门状态、抽汽阀门 状态、逆止阀状态、保安油压状态、ETS状态、执行机构故障状态、现场挂闸状态、滤油器状态 等，并提供多种工作方式的操作界面、参数组态、试验、保护等，操作员通过对人机交互界面 的组态、操作，实现了对调节器的控制。汽轮机数字电液调节器中的PLC系统按照内部程序 及操作员的组态操作进行运行、采集、计算、输出控制现场设备，完成对工业汽轮机的工况 控制。
[0021] 本实施例中，上层链路，人机界面显示面板(例如触摸屏)和远程工作站与PLC系统 通讯，实现数据交换；下层链路，PLC系统通过其I/O接口与0PC超速保护模块进行数据交 换，I/O模块直接与信号隔离模块、伺服控制模块和继电器模块相连，实时采集外部信号状 态，出现相应的模拟量及开关量状态；0PC超速保护模块，同时采集三路转速，实现三取二 超速保护，调节器中PLC实时读取OPC超速保护模块的三路转速值，参与PID运算。
[0022] 信号隔离模块采用电磁隔离模式，隔离输入输出的模拟量，起到抗干扰、模拟信号 转换、隔离、增加对外驱动能力的作用，调节器模拟量对外输出端口中，有2个驱动现场电 液转换执行器的专用输出端口，可直接驱动各类Voith阀和CPC阀。
[0023] 参考图5所示，伺服控制模块，采用双路LVDT位置反馈高选形式，根据PLC系统目 标指令，通过接收PLC系统输出的目标阀门指令及液压执行机构的2路位置信号反馈，经过 内部PID计算，输出驱动信号，驱动信号从-160mA到160mA可调节，用于驱动各类DDV液压 伺服阀。
[0024] 参考图6所示，本实施例中，0PC超速保护模块包含3块转速采集卡和1块表决卡， 每块转速采集卡由一块CPLD芯片负责转速采集和一块8051单片机负责转换CPLD采集的 转速信号并实现与PLC系统通讯功能。每块转速采集卡有独立电源和逻辑报警电路，表决 卡由三块转速采集卡冗余供电，并由三块转速采集卡送过来的超速报警逻辑信号进行三取 二逻辑组合输出。超速报警分三级，可根据不同的使用场合进行组态。
[0025] 0PC超速保护模块由三路CPLD实现硬件采集三路转速，精确可靠，同时三路电路 独立运行，由独立的单片机8051进行转速代码转换及与PLC通讯，三路硬件报警由CPLD内 部判断输出分别送至各自的通讯单片机和共同的三取二表决块，表决块冗余供电，硬件超 速报警输出。PLC通过0PC模块采集的转速，进入PID程序计算，根据操作员的命令目标进 行工作，输出相应的驱动电流给现场液压执行器，达到设备稳定运行的状态，同时PLC内部 软件通过转速比对，设置软件超速保护，与0PC模块的硬件超速保护形成冗余的报警保护， 更加安全可靠。调节器中的PLC通过对上述的各硬件电路的通讯、采集、计算、控制、输出、 保护，完成了对目标设备运行的控制保护。
[0026] 继电器模块，实现了内部开关量输出信号对外的隔离和驱动，可满足现场驱动强 电设备开关。
[0027] 参考附图4,调节器中的PLC系统CPU具有3个通讯口，分别与人机界面模块、远程 工作站、0PC超速保护模块通讯，同时CPU通过总线与I/O模块进行数据交换及通讯。
[0028] 继电器模块主要是系统数字量输出隔离、增加载流量、中间继电器作用，其通过 PLC数字量输出模块控制，由三极管驱动，连接内部开关量，对外输出控制外部设备。
[0029] 调节器中运行的逻辑程序，在专用的编程环境下，通过梯形图和图形语言设计而 成，其主程序逻辑流程原理框图如图7所示。系统上电后初始化，运行主循环程序，对各1/ 〇 口进行扫描，启动各中断程序，等待人机界面模块或远程工作站的命令。此时可进入参数 组态、试验界面、状态显示界面、数据库管理界面、主操作界面，其中组态界面中设置有权限 密码，含三级权限(如操作员权限、工程师权限、厂家权限）便于保护重要参数及变更的可靠 安全性。进入试验功能后，可根据现场需要实现拉阀试验、主汽门严密性试验、调门严密性 试验、摩擦试验、超速保护试验等，进入相应试验后，可按设定程序运行，试验结束后返回主 界面即可。进入人机界面的状态窗口，可查看所有I/O端口，模拟量输入输出、数字量输入 输出、转速代码、各通讯口等状态，实现在线监控、故障查询功能。进入数据库管理界面后， 可选择读取历史数据、历史趋势曲线，也可直接查询历史报警故障记录，便于用户查询设备 运行的历史状态。
[0030] 在各参数组态完毕、各试验无误、设备各状态符合启动要求后，可进入运行功能， 启动运行后，可根据组态实现自动曲线启动和手动升速。自动曲线启动是根据组态参数和 当前工况条件，自动按组态曲线升至额定转速，期间包含暖机、过临界、自动转速率切换等； 手动升速，是根据操作员设定升速条件，按操作员操作进行升速至额定转速，便捷、灵活，适 合于设备运行调试阶段、检修测试等场合使用。升速完成之后，根据不同的工况要求，可选 择并网发电、拖动、串级参数控制等方式。如果选择并网发电，则进入并网模式，并网后首先 进入功率阀控，待开大阀门后，超过额定功率5%可投入功率闭环PID调节，根据其它用户 要求可分别投入主汽压力控制、抽汽压力控制、排汽压力控制、热电牵连控制(解耦调节）等 方式实现各种生产发电、供热要求。如果选择拖动、串级控制，则调节器工作在转速控制状 态，此时可通过控制转速来控制被拖动的设备(如水泵、风机)，也可直接监视控制串级物理 量(如锅炉水位、风机风压、压缩机气压等拖动设备控制的物理量)，可完成电动改汽动控制 的运行工况。调节器在运行状态下，可通过界面停机、外部停机、超速停机、手动停机等多种 方式实现设备的安全停机。
[0031] 本实施例中，调节器的人机界面模块采用10英寸真彩触摸屏，远程工作站采用商 用或工业级计算机，配置22寸显示器，配有自主研发的工作站界面，人机接口美观大方、全 中文显示操作方便、组态灵活。工作站软件可兼容Windows98、2000、XP、Windows7等版本系 统。人机界面模块及远程工作站的人机交互平台均含有权限分级，可保护系统的各项参数 的安全性。
[0032] 操作员可通过现场人机界面完成对汽轮机数字电液调节器的组态、操作，也可通 过远程工作站完成人机触摸屏相同的功能，同时远程工作站具有数据库功能；远程工作站 采用Visual Basic基础语言编程设计，完成与计算机的接口、基本操作功能、远程通讯数据 交换功能、数据库功能等，并与PLC实现通讯数据交换。
[0033] 本实用新型提供的汽轮机数字电液调节器，可广泛应用于汽轮机转速控制、发电 功率控制、供热背压控制、抽汽压力控制、主蒸汽压力控制、热电牵连控制、抽汽排汽压力解 耦控制等场合。控制逻辑组态程序通过软件设计下载至PLC系统，系统通过通讯采集现场 信号执行控制程序，操作员通过人机操作界面或远程工作站完成对调节器的参数组态、监 视、控制等操作，最终达到控制汽轮机工作的目的。本实用新型的汽轮机数字电液调节器 具有功能强大、配置简单、通用性强、实用方便等优点，可广泛适用于各种凝汽、背压、补汽、 单抽、抽背发电供热机组，也可用于各类拖动风机水泵纯调速控制、拖动汽轮机工业串级控 制。
[〇〇34] 虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实 用新型所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各 种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1. 一种汽轮机数字电液调节器，其特征在于，包括：电源、PLC系统以及与PLC系统信号 连接的数据采集模块、信号隔离模块、继电器模块、伺服控制模块、OPC超速保护模块以及人 机界面模块，其中：PLC系统与前述人机界面模块以及远程工作站通讯，实现数据交换；PLC 系统通过其I/O接口与OPC超速保护模块进行数据交换，I/O模块直接与信号隔离模块、伺 服控制模块和继电器模块相连，实时采集外部信号状态；OPC超速保护模块包括3块转速采 集卡和1块表决卡，同时采集三路转速信号，实现三取二的超速保护，前述PLC系统实时读 取OPC超速保护模块的三路转速值，参与PID运算，输出相应的驱动电流给现场液压执行 器。
2. 根据权利要求1所述的汽轮机数字电液调节器，其特征在于，前述OPC超速保护模块 包含3块转速采集卡和1块表决卡，每块转速采集卡由一块CPLD芯片负责转速采集和一块 8051单片机负责转换CPLD采集的转速信号并实现与PLC系统通讯功能。
3. 根据权利要求1所述的汽轮机数字电液调节器，其特征在于，前述电源、PLC系统CPU 以及与CPU信号连接的数据采集模块、信号隔离模块、继电器模块、伺服控制模块以及OPC 超速保护模块均固定在调节器总线背板上，人机界面模块固定在一显示面板上，该显示面 板通过螺钉固定在调节器机箱上。
【文档编号】G05B19/418GK203838528SQ201320666610
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】吴敏军, 刘桂兴, 刘俊 申请人:江阴众和电力仪表有限公司