可编程控制器(PLC)微机调速器步进电机A系列说明书1

STRONGBW(S)T-PLC系列步进式无油电转可编程微机调速器说明书武汉四创自动控制技术有限责任公司第一章 概述水轮机微机调速器是本世纪七十年代在电液调速器的基础上发展起来的新型水轮机调速器。随着计算机技术和控制理论的发展，水轮机调速器技术也不断的发展和提高，可靠性和调节品质已完全能够满足电厂无人值班、少人职守的要求。多年来，我们公司一直致力于水轮机微机调速器技术的开发研制工作，与国内知名的院校、研究机构紧密合作，博采众长，在调速器领域不断推出可靠性更高、调节品质更优的产品。我们公司开发生产的BW（S）T-PLC系列步进式无油电转可编程微机调速器，克服了目前步进电机调速器存在的缺陷，真正实现了步进电机不用油、断电自保持、全数字化、免维护，可靠性和调节品质完全满足国标GB/T9652-1997.2要求。我们公司生产的步进式无油电转的自动复中精确定位装置，具有独特的定位复中功能，已获得国家发明专利，专利号为：ZL 00 2 24552.3。通过多年的努力，我们公司生产的可编程微机调速器已在白山、西津、富春江、丰满、陆水等国内几十座水电厂上百台机组上成功运行，我们以优质的产品、一流的服务，赢得了电厂的好评。BW(S)T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器是以进口可编程控制器(PLC)为控制核心，以步进式无油电转作为电液转换环节，以机械液压系统作为执行机构，组成的一种新型微机调速器。BW(S)T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器型号的定义如下：B：步进式无油电转；W(S)T：微机单（双）调；PLC：可编程控制器。BW(S)T-PLC步进式无油电转可编程微机调速器具有结构简单可靠、不耗油、油泵起动次数少、油质要求低、不卡涩、断电后调速器保持接力器当前开度不变、免维护、易于操作、人机对话方便的优点。BW(S)TPLC步进式无油电转可编程微机调速器,以PC机（带液晶触摸屏）作为中文人机界面，可显示各种数据、状态，进行各种操作、试验、记录、报警、打印、通信等功能。第二章 步进电机-PLC微机调速器系统结构2.1 系统结构框图 系统结构框图2.2 框图说明 1频差f1) 油开关合或油开关分但网频不正常或油开关分且跟踪频给时f=fG-fJ 2) 油开关分且网频正常并跟踪网频时 f=fW-fJ 3)频率死区E（可以设定） 频率调节 E=0 功率调节 E=0.2Hz 2给定与实际差值 1)频率调节模式 =YG-YPIG 2)功率调节模式 =PG-P 3)功率死区Ep 频率调节模式 Ep=0 功率调节模式 Ep=05%PN（可调整） 4)永态转差系数bp 频率调节模式 bp=0%开度调节模式 bp=010功率调节模式 bp=0102.3 系统工作原理 机组频率和电网频率的测量均由测频模块完成。一方面测频模块将机频值通过液晶触摸屏显示，另一方面将频率差值f(f=fW-fJ或f=50.00- fJ)送给PLC。调速器具有频率调节、开度调节和功率调节三种控制模式，根据需要选择不同的控制模式。这种切换，一是通过液晶显示器上的触摸键或二次回路接点来完成，二是通过数字通信接口来完成。采用频率调节模式时，又分为跟踪方式和不跟踪方式。跟踪方式运行时可实现空载频率跟踪，这样可以保证机组频率与电网频率相一致，便于并网。当采用功率调节模式时，PI环节按功率偏差进行调节，实现机组有功功率恒定。这种方式运行可以很容易实现全厂AGC（自动发电控制）。对于功率给定，它一方面作用于PI环节，另一方面通过开环控制直接作用于输出，提高了功率增减速度。功率给定可以选择数字量或模拟量，数字量适用于上位计算机给定，模拟量适用于RTU模拟量给定，运行方式很灵活。电气开限环节是针对PID运算结果进行限制，限制输出不超过一定值。数字放大器将PLC输出与接力器反馈采集量进行比较放大后输出。对接力器的控制采用双闭环结构，除接力器反馈外，还有一个电机反馈，以控制无油电液转换器精确定位，补偿步进电机失步、各种机械误差和磨损等。第三章 步进电机-PLC微机调速器系统配置 由调速器系统结构分析可知，它由电气和机械两大部分组成。柜体结构根据用户要求可选用机械电气分柜或机械电气合柜结构。31 电气系统配置 311 硬件配置1 柜体(1)机电分柜： 尺寸：8006002300mm或8006002200 颜色：任选 (2)机电合柜： 尺寸：单调：9008001650mm 双调：12008001650mm 颜色：任选 2电源系统(1) 开关电源：+24V专供继电器及操作终端（触摸平板工业PC机）(2) 开关电源：+48V/+36V专供步进电机驱动(3) +15V电源供反馈用3 面板部分 操作终端（触摸平板工业PC机） 4控制部分 (1)A1S62PN (2)A2ASCPU (3) A1SX40测频模块 (4)A1SX40 (5)A1SY10(6)A1S64AD/A1S68AD(7)A1SJ71UC24-R2(8)日本三洋步进电机 (9)步进电机驱动器 312 软件基本配置 (1)实时变参数结构PID调节程序。 (2)实时画面显示、记录及监控软件。 (3)实时故障诊断程序 (4)双调数字协联子程序(5)机组起停等操作子程序 313 功能增强软件配置 (1)与上位机通讯软件(2)功率控制闭环调节软件 314 调试设备及软件（不属于调速器设备内） (1)PC机 (2)日本三菱公司MEDOC软件 (3)HG-II水轮机调速器特性综合测试仪(4)8051单片机仿真器 315 试验设备（不属于调速器设备内）(1) HG-II水轮机调速器特性综合测试仪（用于调速器静、动 态特性测试）。(2) PC机32 机械系统配置 (1)步进式无油电液转换器（带自动复中机构） (2)主配压阀活塞及阀体(3) 机械手操及开限机构（机构系统有两种结构，一种有机械开限机构，一种无机构开限机构，可选）(4) 紧急停机电磁阀、双连滤油器。 第四章 步进电机-PLC微机调速器主要功能及特点41 主要功能 411 调节与控制功能1 机组频率、电网频率是采用硬件、软件相结合的测量方法，具有检错及容错测频功能。机组频率测量采用双路测频，既可残压测频，又可齿轮测频。2 空载运行时，具有频率给定及频率跟踪两种控制方式。在跟踪方式下，机组频率能自动跟踪系统频率。 3具有适应式变参数变结构PID调节功能。4 能保证水轮机组稳定运行于各种工况：空载、区域电网单 机运行、大电网并列调差运行、全厂AGC方式运行。5 功率给定采用开环控制信道，能迅速、准确地增减机组功率。6 采用图像操作终端（智能液晶触摸屏或触摸平板工业PC机），具有实时人机对话功能，运行人员能方便地了解调速器运行状况。7 具有实时故障诊断和显示及报警功能，并对所发生的故障进行记录、打印等。8 具有操作记录及打印功能，以便随时查询。9 具有水头、机组功率等模拟信号采集功能。10 根据水头的变化，自动修改启动开度、空载开度、负载开限和不良工况限制区功能。11 具有串行通讯接口，能方便与上位机通讯，为实现全厂自动化打下基础。12 对于双调机组，能根据水头变化实时进行数字协联，提高发电机组效率。13 协联数据输入方便。可离线将协联曲线量化后，通过图象操作终端存入可编程控制器。14 能实现功率闭环调节，（机组有功由外部提供）且功率给定可以为模拟量或为数字量，以便于与常规RTU或监控系统的计算机连接。15 具有机械自动、机械手动二种运行方式。且机械自动与机械手动之间可实现无扰动切换，微机能自动跟踪机械手动运行，可实现无条件无扰动切换。16 水头信号可以选用自动和手动输入两种方式。17 可进行各种过程监视和实验：开机过程监视、静特性试验、空载频率扰动、空载频率摆动、甩负荷试验。18 通过图像操作终端进行参数设置。19 由于所有输入/输出都实现数字化，所以调试、设置很方便。20 密码保护功能。不同的工作人员可通过输入密码进入不同的画面操作。 412 诊断及容错功能 BW(S)T-PLC型可编程调速器具有较强的诊断和容错功能，它不仅包括三菱公司A系统可编程本身的诊断，比如CPU模块、A/D模块、通讯模块、脉冲输出模块以及应用软件等的诊断。而且包括调速系统的测频信号、功率及水头信号、反馈信号及机械系统、通信系统等诊断及容错，所有故障在触摸屏上指示并记录，同时送出综合接点信号。 1机组频率信号容错 (1)机频信号在空载时发生故障，自动切除频率跟踪功能，导叶开度关到安全的空载位置，并可接受停机令。 (2)机频信号在发电运行时发生故障，用电网频率信号取代机频信号，负荷无扰动，如果机频恢复正常则采用机频参与调节，负荷无扰动。 (3)机频信号、网频信号在发电运行时全部故障，调速器维持负荷不变，可以通过功率给定或增减操作来调整机组出力。 (4)双路测频。残压测频和齿轮测频互为备用。在两种测频均正常的情况下，机组频率大于20HZ时自动采用残压测频，机组频率小于等于20HZ时自动采用齿轮测频。当残压测频故障时自动切为齿轮测频，当齿轮测频故障时，自动切为残压测频。2电网频率信号容错 在空载时，网频信号故障，自动处于不跟踪方式运行，使机组频率跟踪频率给定。在发电运行时，网频不参与调节。 3导叶反馈故障、步进电机反馈故障或驱动模块故障时，步进电机失磁，使接力器维持当前开度不变。如需要可以切到机械手动。 4功率信号故障时，调速器不完成功率闭环调节，自动切至频率开度调节模式，可以通过上位机或常规操作控制机组出力。 5水头信号故障时，维持当时水头值，等待水头切手动命令。6PLC系统故障时，步进电机失磁，使接力器维持当前开度不变。如需要可以切到机械手动。根据故障类型分别有不同的指示，参见A系列用户手册。7操作终端故障时，PLC仍能完成各种控制功能，如开机、停机、负荷增减、故障保护等功能。 413 开发调试功能(1) A系列PLC具有极强的开发调试功能。(2) MEDOC软件提供多种人机对话界面，给用户开发调试提供了极大的方便。(3) 梯形图程序便于用户掌握。42 主要特点1. 调节性能优越采用适应式变参数、变结构PID调节，各种性能指标优于国家GB9652-1997标准。2可靠性高 采用日本三菱公司A系列可编程控制器作为调速器硬件的主体，而可编程控制器的平均无故障时间不小于30万小时，故大大提高了其运行的可靠性。3全数字化调速器实现了全数字化，为数据的处理、滤波、放大、抗干扰能力的提高等起到了很好的作用。4抗干扰能力强 由于PLC可编程控制器采用工业标准设计。加之应用软件具有自诊断、容错功能，使调速器抗干扰能力适应电厂现场环境。 5通用性强。可以适用于各种不同类型、不同容量的水轮机的控制与调节。 6功能强。具有常规控制和上位机控制功能，除能实现开机、停机等常规操作外，还兼具各种调试、试验功能，与远方通讯实现数字通讯等。 7人机对话方便。运行人员可以通过智能液晶触摸屏（工控机）实时了解调速器运行情况。 8扩展功能强。根据电厂需要可以增加特有的功能。仅在原有系统上增加相应硬件及软件，原系统不用作大的改动。9.安装、调试及维护方便。第五章步进电机-PLC微机调速器主要技术数据及性能指标51 主要技术数据 1测频环节 (1)方式：残压测频、齿盘测频互为热备用 (2)输入电压：残压：0.2 V200V，齿盘：24V脉冲信号 (3)脉冲调制时间：120ms (4)测试范围：5100Hz (5)测量精度：0.0015Hz 2调节参数整定范围 永态转差系数： bp=010% (分辨率1%) 暂态转差系数： bt =0100% (分辨率1%) 缓冲时间常数： Td=120秒 (分辨率1秒) 加速度时间常数：Tn=03秒 (分辨率0.1秒) 3控制参数范围 开度给定 PG=0100% (分辨率1%) 频率给定 FG=4555Hz (分辨率0.01Hz) 人工失灵区宽度 E=00.5Hz (分辨率0.01Hz) 功率死区 Ep=05%PN 开度限制 L=0100% (分辨率1%) 功率给定 (分辨率0.01MW)4 PLC运算速度基本指令：0.2S/指令5 步进电机参数(1) 步进电机型号及生产厂家：步进电机型号：103H8222-0441生产厂家：日本三洋公司(2)二相步进电机： 2A/相(3)保持力矩： 4.9NM 6电源 (1)厂用交流电源： 50Hz，220V10%，550伏安(2)厂用直流电源： 220V10%，520瓦5.2 主要性能指标 1调速器死区： (0.020.05)% 2甩大于25%额定负荷不动时间：0.2秒。 3空载自动运行频率摆动： 0.15%4其它指标满足和优于GB9652-1997国家标准。第六章 步进电机-PLC微机调速器的硬件构成步进电机 PLC微机调速器的标准硬件构成为：A2ASCPU（1个）、A1SX40（2个）、A1SY40（1个）、A1S64AD/A1S68AD（1个）、A1SJ71UCR2。根据用户的功能要求，特殊情况可增/减一些模块。61 A2ASCPU简介6.1.1 概述A2ASCPU（S1）是当今世界上最先进的微型式可编程控制器，由于使用了将全部PLC功能集中在一个专用芯片Mitsubishi Sequence Processor(MSP)，它可以达到与许多更大、更贵的PLC相媲美的速度和功能。它包括：64K或256K字节电池后备内存内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器等RUN、STOP、RESET、L.CLEAR旋转式钥匙开关RUN、ERROR的LED指示灯用户程序存储卡接口RS422编程接口6.1.2 A2ASCPU技术规格控制I/O点数最多达512点A2ASCPU最多可控制512点I/O，当使用S1型主基板时，最多可挂接3块扩展基板。高速处理A2ASCPU（S1）处理顺序指令的速度高达0.2微秒/步，其它指令如果算术运算、数据处理、数据转换等也有极高的速度，因此扫描时间可降到最少。PID、浮点运算、三角函数指令A2ASCPU（S1）包括以下高级应用指令：支持32个PID回路、浮点运算、三角函数SIN、COS、TAN等。与MELSEC A系列兼容所有的AnSCPU模块都与MELSEC A系列PLC完全兼容，顺控程序与AnA、A3N、AnN、A2C向上兼容，所有的编程和外部设备都能共享。内置14K步RAM用户程序存储器，也可选用EPROM、EEPROMA2ASCPU（S1）模块具有内置的电池后备14K步RAM以存储顺控程序，也能用EPROM或EEPROM存储程序，更加安全可靠。BW(S)T-PLC可编程调速器选用A2AS作为CPU项目A2ASCPU控制系统按所存程序，反复执行I/O控制方式刷新方式（可用指令实现部分I/O直接刷新方式）编程语言顺控专用指令、继电器、逻辑符号混合使用，也可使用SFC编程语言指令数顺控指令22基本/应用指令239专用指令200处理速度（顺控指令）02微秒/步用户程序存储容量14K步I/O点数512故障监视定时器（WDT）200毫秒内存容量46K字节内部继电器（M）7144（缺省值M0M999，M2048M8191）锁定继电器（L）1048（缺省值L1000L2047）步进继电器（S）0通讯用继电器（B）4096（B0BFFF）定时器点数2048100毫秒定时器T0T199（0.13276.7秒）10毫秒定时器T200T255（0.013276.7秒）100毫秒保持定时器（缺省值）无（0.13276.7秒）扩展定时器T256T2047计数器点数1024普通计数器C0C256（范围032767）中断计数器（缺省值）无（C224C225）扩展计数器C256C1023数据寄存器D6144（D0D6143）通讯用数据寄存器W4096（W0WFFF）报警寄存器F2048（F0F2047）累加器A2（A0，A1）文件寄存器R8192（R0R8191）变址寄存器V，Z14（V，V1V6，Z,Z1Z6）跳步指针P256（P0P255）中断指针I32（I0I31）特殊继电器M256（M9000M9255）特殊数据寄存器D256（D9000D9255）注释4032扩展注释3968自诊断功能故障监视定时器检测，内存出错检测，CPU出错检测、电池故障检测等出错时运行模式停机/继续运行STOP-RUN运行模式可选，输出停机时存储的数据，或输出程序运行后的数据允许瞬时断电时间20毫秒消耗电流DC5V0.32安培重量0.41行克/0.90磅CPU操作处理这部分介绍了从A2ASCPU电源接通到顺控程序被执行所进行的操作处理，大致分为四部分。1.初始化处理这是执行顺控程序的预处理。启动或复位时执行初始处理。(1)通过复位I/O模块进行初始化。(2)将数据存储器未锁范围初始化（位元件置于“关”状态，字元件置于“0”状态。(3)依据I/O模块数以及I/O模块在扩展单元中的安装位置，自动分配I/O模块地址。(4)自动诊断检查参数设置并执行操作电路。(5)若A2ASCPU被用于MELSECNET/B中的主站，在给数据连接模块设置参数后，开始进行数据连接。2.I/O模块的恢复处理若输入和输出的恢复方式是由I/O控制开关设置的，则I/O模块被恢复。3.顺控程序的操作处理写入PC CPU的顺控程序从0步执行到END指令。4.终处理当顺控程序的操作处理完成后，程序将返回到0步。(1)执行保险熔断、I/O模块检验、电池欠压等等的自诊断检查。(2)更新T/C现值并将开关置于ON/OFF（有关细节参看ACPU编程手册）(3)从计算机连接模块（A1SJ71C24R2，AJ71C24（S3），AD51（S3）等等）以及PC CPU中读取数据，执行写指令时计算机连接模块数据被更新。(5) 当MELSECNET/B数据连路请求恢复连路时，将执行恢复处理。注意在接通M9053和执行DI指令时，A2ASCPU可执行连路恢复。在断开M9053和执行EI指令时，A2ASCPU不能执行连路恢复。62系统环境说明项目说明运行环境温度055存储环境温度-2075运行环境温度1090%RH（无凝露）存储环境温度1090%RH（无凝露）可变电阻依照JISC0911频率1055Hz55150Hz加速度lg幅度0.075mm扫描计数10次1个倍频/1分钟抗振性依照JIS C0912（在三个方向10g3次耐噪音性1500Vpp噪音压、1us音宽和2560Hz音频的噪音模拟器电价质耐电压性AC外围端子和地之间每分钟通过1500VACDC外转端子和地之间每分钟通过500VAC安装电阻用500VDC安装电阻检测器测AC外围端子和地之间的电阻大于5欧接地3级接地：不能接地时可不接操作环境避免腐蚀性气体和灰尘冷却方法自冷方式 6.3 A1SX40 16点直流输入模块6.3.1 模块说明 型号参数DC（直流）输入模块（漏型）A1SX40输入点16点隔离方式光电耦合额定输入电压DC12VDC24V额定输入电流约3mA约7mA操作电压范围DC 10.226.4V（交流：5%以下）最大同步输入点数100%同步（DC26.4V）通电压/通电流DC8V以上/2mA以下断电压/断电流DC4V以下/1mA以下输入阻抗约3.3千欧响应时间断到通10ms以下（DC24V）通到断10ms以下（DC24V）公共点分配16点/公共（公共点TB9，TB18）导通批示灯导通时LEDS灯亮外部连接20端子连接配线尺寸0.751.5mm2适用的压接端点1.253，1.25YS3A，V1.253，V1.2YS3A选件无内部耗电量（5VDC）50mA（TYP，所有点都接通）重量0.20kg连接端子说明端子号I/O点TB1X0TB2X1TB3X2TB4X3TB5X4TB6X5TB7X6TB8X7TB9公共端TB10X8TB11X9TB12XATB13XBTB14XCTB15XDTB16XETB17XFTB18公共端TB19空TB20空BW(S)T-PLC使用了两块A1SX40，一块用于频差输入，一块用于控制输入，具体的说明详见图纸。6.4 A1SY40 16点晶体管输出模块说明6.4.1 A1SY40 16点晶体管输出模块说明 型号参数继电器接点输出模块A1SY40输出点16点隔离方式光电耦合额定负载电压/电流12/24VDC 0.1A(电阻负载)/1点,0.8A/组OFF漏电流小于0.1mAON最大电压降1.0VDC (一般)0.1A，2.5VDC(最大) 0.1A浪涌吸收齐纳二极管保险容量1.6A/组响应时间断到通2ms以下（DC24V）通到断2ms以下（DC24V）公共点分配8点/公共（公共点TB9，TB18）导通指示灯导通时LEDS灯亮外部连接20端子连接配线尺寸0.751.5mm2适用的压接端点1.253，1.25YS3A，V1.253，V1.2YS3A选件无内部耗电量（5VDC）270mA（TYP，所有点都接通）扩展电源 电压12/24VDC(10.2-30VDC)电流8 mA重量0.19kg连接端子说明端子号I/O点TB1Y0TB2Y1TB3Y2TB4Y3TB5Y4TB6Y5TB7Y6TB8Y7TB912/24VDC TB10COM1TB11Y8TB12Y9TB13YATB14YBTB15YCTB16YDTB17YETB18YFTB1912/24VDC TB20COM26.5 A1S64AD/A1S68AD模拟量输入模块A1S64AD模拟量输入模块有四路模拟量输入，通道1为导叶接力器反馈，通道2为导叶电机反馈，通道3为水头采样，通道4为功率反馈，每个通道可根据现场情况选择电压输入或电流输入。对于双调机组，选用A1S68AD，具有8路模拟量输入，通道18分别为导叶接力器反馈，导叶电机反馈、浆叶接力器反馈、浆叶电机反馈、功率反馈、水头采样。A1S64AD有关说明见下表：项目性能模拟输入类型电压：DC010V, 输入阻抗1M电流：DC020mA, 输入阻抗250数字输出16位二进制1/4000: -4096 TO 40951/8000: -8192 TO 81911/12000: -12288 TO 12287I/O特性模拟量输入数字输出(增益:5V/20mA,偏置:0V/0mA)1/40001/80001/12000+10V+5V或+20mA0V或0mA-5V或-20Ma-10V+4000+2000 0-2000-4000+8000+4000 0-4000-8000+12000+6000 0-6000-12000最大分辨率1/40001/80001/12000电压输入电流输入2.5mV10uA1.25mV5uA0.83mV3.33uA满量程精度1.0%(对应最大值的精度)最大转换时间最大20ms/通道输入通道4绝对最大模拟量输入电压：DC15V电流：DC30mA隔离方式输入端子和内部电路之间用光电耦合隔离，各通道之间无隔离占用I/O点数32电耗量（5V DC）0.4AA1S68AD有关说明见下表：项目规格模拟输入电压：DC100+10V（输入阻抗1M）电流：0+20mA（输入阻抗250） 使用微型开关的设定进行选择数字输出带16位符号的二进制数*1输入输出特性模拟输入值数字输出值0+10V-1010V05V或420mA15V或420mA0+4000-2000+20000+40000+4000最大分辨率模拟输入值数字输出值0+10V-1010V05V15V020mA420mA2.5 mV5 mV1.25mV1 mV5A4A综合精度+1%以内（相对于最大值的精度）最大变换速度0.5ms/1个信道最大绝对输入电压+35V，电流+30mA模拟输入点数8个信道/1个模块绝缘方式输入端子与程控电源之间光耦合器绝缘（信道之间为非绝缘）输入输出 占有点数特殊32点连接端子20点端子块外部电源不需要适用电线尺寸0.751.5mm2适用压接端子R1.253,1.25YS3,RAV1.253，V1.25YS3A内部消耗电流0.4A重量0.27kg*1 出厂时的模拟输入值设定在0+10V*2 即使是只设定1个信道进行平均处理，全部信道的最大变换速度也将变为1ms/1信道注：出厂设置如下表：项目电压电流转换时间导叶接力器反馈电压0V10VDC6ms导叶电机反馈电压0V10VDC6ms浆叶接力器反馈电压0V10VDC6ms浆叶电机反馈电压0V10VDC6ms水头采样电流020mA15ms功率反馈电流020mA6ms6.6 模块A1SJ71UC24-R2BW(S)T-PLC调速器通用通信模块为A1SJ71UC24-R2, 用于与操作终端通信。PLC的各种参数、采样值、状态等要上送操作终端，操作终端的各种操作信号、输入的参数量等要下送到PLC。其技术规格见下表： 技术规格表：项目规格接口RS232C通讯方式约定方式半双工/通讯系统无约定方式/双向方式全双工/半双工同步系统同步系统通讯系统300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps（开关选择）数据格式数据格式启始位1数据位7或8可选择校验位1或无停止位1或2处理周期1扫描周期错误检测奇偶校验代码和校验DTR/DSR（ER/DR）控制Yes/no通过缓冲区选择DX ON/OFF（DC1/DC3）控制系统构成（外部设备：PC CPU）约定方式1：1无约定方式1：1双向方式1：1传输距离15m(RS232C)电流消耗DC5V0.1A所占I/O数32点重量220g推荐RS232C转RS422转换器ELLINEM传送特性开关设置（专用通信协议）开关设置项设置开关位置ONOFFSW03不用SW04在RUN时允许/不允许写允许*不允许波特率300600120024004800960019200 *无效SW05传输速度设置OFFONOFFONOFFONOFFONSW06OFFOFFONONOFFOFFONONSW07OFFOFFOFFOFFONONONONSW08数据位设置8位7位*SW09奇偶校验位设置*不设置SW10偶/奇校验偶*奇SW11停止位21*SW12代码和设置*不设置模式开关（专用通信协议）模式设置设置内容0不用1约定方式12约定方式23约定方式34*约定方式4*5无约定方式或打印方式6E不用F自检注：标*的项为出厂设置67 操作终端操作终端既可选用工业平板PC机，也可选用触摸屏。操作终端作为人机界面的操作、显示、数据设置、试验等功能详细请见操作终端说明书。68 步进电机驱动模块步进电机驱动模块选用日本ROZE公司生产的高质量的步进电机驱动模块RD323MS，内装振荡器实现细分步驱动，为保护细分步运行，可从低速到高速驱动，3A/相高输出、高频率，采用铝镁合金外壳，抗干扰，散热好。采用自动电流降电路。其性能见下表：性能型号RD323MS电源电压DC18V40V（绝对最大额定电流40V）电源电流相当额定电流1.2倍（最大）励磁电流0.33.0A/相驱动方式特殊单极恒流斩波电路细分数将基本步180细分设定可能的分割数（14种类）64、32、16、8、4、2、180、60、20、10、550、25自动降电流停止脉冲输入后0.3秒由CURRENT STOP旋钮设定将电流变为动作时电流的080%响应频率600KppsMAX(SPEED输入=5V时)保护电路电流电压低下保护、电机误接保护、过热保护外形尺寸63(M)105(W)56(D)mm重量250g通过驱动器面板旋钮可调整电机速度、启动时间、运行电流、停止电流、细分数和驱动电流等级等。69 步进电机步进电机选用日本三洋公司生产的二相步进电机103H8222-0441，其具体特性如下表：项目说明绝缘介质强度1000VAC绝缘电阻100M（500VDC）绝缘等级B级允许的径向负载220N允许的轴向负载60N基本步进角1.8o电压2.8V每相电流4A/相每相电阻0.7/相感抗5.7mH/相保持力矩4.9NM（50kgcm）转动惯量2.9 10-4kgm2质量2.5kg步进电机103H8222频率-转矩特性和尺寸如下图：步进电机103H8222频率-转矩特性:步进电机103H8222尺寸(mm):610 测频模块SCCP01 机频残压信号FJ和网频信号FW由机端PT引入，电压范围为0.2200V，频率范围为599.99Hz ，经整形滤波后送入80C51FA智能测频系统。开关量油开关、不跟踪由二次回路送入，供80C51FA智能测频系统对FJ和FW的各种状态进行判断，送不同的频差至PLC，频差范围：-32.76HZ32.76HZ，机频和网频可在面板上分别显示，测频故障通过频差送出。1. 原理图如下（见下图）：(1) 机组频率信号和电网频率信号经整形后分别送到80C51FA单片机的高速计数门阵列输入端，用中断方式测量机频和网频信号周期。(2) 测频模块对机频实行双路测频，既可残压测频，也可齿盘+磁感应探头测频。残压由机端PT引入，齿盘安装在水轮机主轴上，由两个磁感应探头检查齿盘转速，再转换为频率。在残压测频和齿盘测频都正常的情况下，当机频20Hz时，采用齿盘测频；当机频20Hz时，采用残压测频。(3) 软件对被测频率信号周期处理后，通过16位输出口，向可编程控制器送出频差信号和特征信号。测频模块当接收二次回路油开关和不跟踪，频差为50HZ-Fj，否则频差为Fw-Fj。2测频特性： (1) 测频灵敏度： 机频和网频信号的测频灵敏度均为1200个脉冲/Hz。 (2) 频差的计算： a. 油开关分、跟踪网频且网频正常时：f= FW -FJ，即网频减机频。b. 油开关合或油开关分但跟踪频给或网频不正常时：f=50- FJ。c. 测频周期：被测信号为50Hz时，采样周期为0.04秒。测频原理图6.11 电源系统6.11.1 PLC电源模块说明项目说明A1S61PA1S62PA1S63P基本安装位置电源模块安装槽输入电压100120VAC10%85132VAC15%DC24V200240VAC10%170264VAC15%输入频率最大输入功率输入电流50/60Hz3Hz105VA8msec内20A额定输出电流5VDC24VDC5A3A0.6A8.3A过载电流保护5VDC24VDC5.5A以上3.3A以上0.66A以上过载电压保护5VDC24VDC5.56.5V 5.56.5V功率电源显示器端钮螺钉尺寸配线尺寸适用的无焊剂端钮拧紧转矩外形尺寸65%以上电源LED灯亮M3.570.33mmmm1.253V,1.25YS3A,V2S3,V2YS3A8.511.5kg/cm1305594重量kb（ib）0.53(1.17)6.11.2 外部电源BW(S)T-PLC调速器系统除了PLC工作电源外，还设计了+48V/+36V，+24V、+15V外部电源。外部电源选用台湾明纬开关电源，采用交、直流同时输入。每组电源内部工作原理相同。仅只是输出电压不同，原理框图如下：+48V/+36V：供驱动模块用+24V：供外部继电器、操作终端和机械柜上的指示灯用+15V：供接力器反馈、电机反馈、表头调整板用l 交流输入电压/频率：190260VAC/4763HZl 效率：典型值70%（满载时）l 安全标准：满足（A）UL478（B）VDE0871B级l 过电流保护：所有输出端均有短路保护和过流保护。l 绝缘测试：输入端与地之间，输入端与输出端之间l 绝缘电阻：30M欧l 工作环境温度：050摄氏度l 直流输入电压：DC220V10%l 交流输入电压：AC220V10%l 交直流电源互为备用第七章 步进电机-PLC微机调速器系统控制原理及PID实现调速器系统方框图及数字模型在水轮机调节书中作了详细的推导，在这里我们只引用其结果。71 调速器方框图对具有辅助接力器的调速器，有如下框图忽略TYB（0.10.01秒），有：G(S)= Tds+1 bTyds2+bTy+(bp+bt)TdS+bp 1+TnS 1+TnS考虑bp=0时的情况，则有：G(S)= 1 bt (1+Tn Td + 1 Tds +Tns) = Td+Tn btTd + 1 btTd 1 S + Tn bt S72 KP、KI、KD与bt、Td、Tn的关系由7.1节中的传递函数公式有；Kp= Td+Tn btTd ， KI= 1 btTd ， KD= Tn bt 这样就可以在bt、Td、Tn平面上选择好bt、Td、Tn的值，再换算成Kp、KI、Kd进行控制计算。73 PID调节规律1PID调节模式将72节中的结果，重新列如下算式： G(S)=Kp+KI 1 S + KdS 1+TS (1) Kp= Td+Tn btTd (2) KI= 1 btTd (3) Kd= Tn bt 2PID调节特性(1) 条件：bp=0 阶跃量X，扰动时刻t=0(2) 特性(3) 设计值（理论值）计算： 比例增量：Yp=KpX= Kd+Tn btTd X 微分增量：YD= Kd T X= 1 T Tn bt X 积分作用：a) 速动时间常数，其物理意义是：当频率阶跃量X=1（即频率变化50Hz）时，积分作用下，接力器Y由0至1.0（相对量）所需的时间。b) 在实际频率阶跃变化X下，积分作用使接力器走全行程的时间为： t全= btTd X 74 PID离散算法以上我们讨论的均是连续PID控制，要通过计算机实现，必须先对其离散化。令：e(t)=e(KT)Y(t)=Y(KT)e(t)dt=Tj=0e(jT) (矩形积分) de(t) dt = e(KT)-e(KT-T) T 式中T为采样周期。在上述离散化过程中，必须保证周期T足够短，才能保证一定的精度。Y(KT)=Kpe(KT)+KITe(jT)+ KD T e(KT)-e(KT-T)该式被称之为位置式PID算法，位置式PID数字调节器的输出U(KT)为全量输出，是执行机构所应达到的位置，数字调节器的输出跟过去的状态有关，计算机上运算工作量大，需对e(KT)作累加，而且，计算机的故障很有可能使U(KT)作大幅度的变化，为此提出了增量式控制算法。 Y(KT-T)=Kpe(KT-T)+KITe(jT)+ KD T e(KT-T)-e(KT-2T)式中e(KT)=e(KT)-e(KT-T)e(KT-T)=e(KT-T)-e(KT-2T)Y(KT)=Y(KT-T)+ Y(KT)增量式算法虽然只是算法上的一点改动，却带来了不少优点和方便之处。算法中不需作累加，增量只跟最近几次采样值有关，容易获得较好的控制效果。但是，微分作用容易引进高频干扰，导致调节性能的不稳，因此，在实际应用中，往往在微分调节器上串联一个低通滤波器来控制高频干扰：GD(S)= KDS T+Tfs 也就是说利用实际微分代替理想微分，输出波形见下图：Y(KT)=Kpe(KT)+KITe(KT)+ U0(KT)UD(KT)= Tf T+Tf + KD T+Tf e(KT)- e(KT-T) Y(KT)=Y(KT-T)+ Y(KT)75 控制框图及PID实现在系统结构的章节中，已经介绍了系统框图，只考虑频率调节模式，可得出如下控制框图（见下页）：为了加快增减功率的速度、开度给定的增量YG(K)直接加于输出，考虑bp及开度给定回路 Y(K)=YPIYG(K)+YD(K) 式中YPIYG(K)X为比例积分及开度给定三项输出之和，YD(K)为微分输出：YPIYG(K)= YPIYG(K-1)+ YD(K)+ Y1(K)+ YG(K)YD(K)= KD T+Tf YD(K-1)+KD T+Tf e(k)具体由计算机计算时，t、T、Tf选取适当的值。第八章 步进电机-PLC微机调速器软件编程说明81 主程序流程框图（见下页）整个控制程序包括许多程序模块，每个程序模块又由相应的程序组成，1上电或复位程序：（1）设置标志单元（D和M）；（2）PLC模块初始值；（3）设置定时器初始值；（4）采样导叶反馈及频差；（5）PID参数初值设置。2停机等待：（1）A/D采样；（2）上位机通信；（3）故障诊断及显示；（4）操作监视；（5）参数修改及PID系数计算。3开机过程：（1）开机；（2）读频差及检错；（3）A/D采样及脉冲输出；（4）故障诊断及处理；（5）操作处理。4空载：（1）读频差及检错；（2）故障诊断及处理；（3）操作处理；（4）参数修改及PID系数计算；（5）PID计算；（6）A/D采样及脉冲输出；（7）显示控制；（8）上位机通信。5负载：除了实现空载的功能外，还具有：（1）模式判断（人为和自动）；（2）功率闭环调节。82 调节模式：BW(S)T-PLC设有频率调节模式、开度调节模式及功率调节模式。1频率/开度调节模式：（1）条件：a空载运行；b负载运行时，指定为频率/开度调节模式；c功率调节时，功率信号故障或频率超差。（2）运行：a调节规律：PID；b给定参数：频率给定、开度给定；c人工失灵区：空载为0，负载可以设置0.5Hz；d增减开度给定。2功率调节模式：（1）条件：负载运行时，有功率调节指令。（2）运行：a调节规律：PI；b给定定参数：功率给定；c功率死区：05%PN。3功率给定信号：在功率调节时，功率给定可为下列三种方式。（1）数字量：在“功率自动”，由上位机通过通讯口送来（2）开关量：在功率手动时，通过中控室或面板增减键调整功率，在下列条件时选择开关量方式；在“功率自动”时，通信通讯故障；83 开机、停机规律：1开机规律：1）基本开机特性：a接到开机指令后，调速器将导叶开启至第一开机开度Y1；b开机，开始检测机组频率；c检测机组频率是否大于45Hz。d机组频率连续渐变到大于45Hz，则将导叶关闭至第二开度Y2；e调速器由开机工况转入空载工况，进行PID调节。2）开机特性与水头的关系：开机特性中的第一开机开度Y1和第二开机开度Y2均与水头有关，调速器中已存入了电厂各种水头下的Y1和Y2数表。根据水头值，调速器自动根据水头值Y1选择开机规律。在到达开机顶点后，如果检测频率故障或在一定的时间内未达到45HZ，则自动将导叶关到空载位置。2停机规律：1）接到停机指令后，导叶即由当时开度，以第一停机速度将导叶关闭。2）当导叶关闭至20%（可以调整）开度时，即以第二停机速度将导叶关闭至全关位置。（图见下页）84 数字协联841 双调节水轮机的协联特性1.协联文档：根据用户提供的机组协联曲线，将其以表格的形式离散化，每条协联曲线离散成100点，按一定的格式存放在协联文档*Dat中（*用以协联数据开头的文件名代替）通过操作终端直接下载到PLC内存单元。协联文档的格式如下：（1） 文件名以“协联数据”开头，扩展名为Dat（2） 第1个小数点后是协联曲线号，必须是五位数据，小数点前可标示为“0”（3） 第2101个小数点后是协联数据，协联数据也必须是五位，小数点前可标为“1”“100”，以便识别具体的数据（4） 为了提高可读性，可在文档开始处输出 “协联曲线1”等字样，但不可带小数点。小数点后只能跟协联曲线号或协联数字（5） 具体式样如下（以协联曲线1为例）文件名：协联数据1dat文件内容： 协联曲线10.000011.00000 2.00000 3.00000 70