【文章內(nèi)容簡介】 ，人機(jī)接口功能的配置可考慮簡化一些，但必須確?，F(xiàn)地控制單元調(diào)試方便及能夠獨(dú)立運(yùn)行。人機(jī)接口功能除了要滿足實(shí)現(xiàn)單項設(shè)備控制，閉環(huán)控制及順序控制要求外，還應(yīng)具有順序控制等軟件的編輯、編譯、下載功能，以及現(xiàn)地數(shù)據(jù)庫編輯、下載功能等。第3章 數(shù)據(jù)的采集與處理 綜述 LCU 通過 PLC 對電廠的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)及測量值進(jìn)行實(shí)時采集、處理。數(shù)據(jù)采集的對象分為模擬量、開關(guān)量、溫度量、電度量等。 機(jī)組LCU 按周期掃查全部開入量, 進(jìn)行狀態(tài)檢查, 更新數(shù)據(jù)庫, 在開關(guān)量發(fā)生變位時, 可以產(chǎn)生事件記錄, 并根據(jù)控制流程進(jìn)行動作處理或接點(diǎn)復(fù)歸處理。處理內(nèi)容事先由設(shè)計人員根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行要求編寫在控制流程之中。當(dāng)事故類信號變位時,LCU 根據(jù)流程控制機(jī)組進(jìn)行事故停機(jī)。如屬于故障類信號變位時, LCU 則進(jìn)行登錄和報警處理。所有事件記錄, 流程的執(zhí)行情況不僅保存于機(jī)組 LCU, 還全部送廠級監(jiān)控層。在狀態(tài)開關(guān)量中, 有一種綜合開關(guān)量, 這實(shí)際是一種若干個開入量按一定邏輯關(guān)系得到的一個中間變量, 此量可供其他 LCU 或裝置使用, 如機(jī)組空載狀態(tài), 機(jī)組發(fā)電狀態(tài)等即屬于這一類, 往往以開出的方式引出, 或僅作為 LCU 本身內(nèi)部的一個宏變量供流程使用。機(jī)組 LCU 狀態(tài)開關(guān)量共有 90 多個, 這些量包括:斷路器的開/合, 導(dǎo)葉的位置, 油位的高低, 油泵的啟、停等。 中斷開關(guān)量的采集與處理中斷開關(guān)量具有中斷能力, 響應(yīng)速度快( 10 ms), 可按其變位發(fā)生時間的先后形成事件順序記錄。水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、瓦溫過高、壓力油泵、過速信號、機(jī)組的勵磁、保護(hù)等事故信號作為中斷開關(guān)量輸入, 共 20 多點(diǎn)。機(jī)組 LCU 一旦收到這些表明機(jī)組發(fā)生事故的信號, 會立即中斷當(dāng)前的工作, 快速轉(zhuǎn)到事故流程進(jìn)行處理。并按要求形成事件順序記錄。每臺機(jī)組 LCU 為 2 路脈沖量, 分別采集機(jī)組有功和無功電度。脈沖信號分別取自有功及無功脈沖電度表, 根據(jù)每臺機(jī)組的 PT/ CT 變比和脈沖電度表每度的脈沖個數(shù), 即可計算出每臺機(jī)組的電度累加值。計算結(jié)果可與電磁式電度表計值進(jìn)行比較和修正, 以保證計量的準(zhǔn)確性。 交流模擬量通過 G E 程 90 30 的PT M 模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)組的交流采樣, 采集參數(shù)包括: 電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因素等電量。主要包括直流電量及非電量性模擬量( 溫度量除外) , 主要有轉(zhuǎn)子電流及電壓、導(dǎo)葉開度、差壓、機(jī)組的工作水頭等信號。這些信號由變送器轉(zhuǎn)換為 4~ 20 mA 信號供PLC 采集。 溫度量溫度量將采用 48 路智能溫度巡檢裝置進(jìn)行采集,采用二線制接線方式輸入, 測溫電阻為 PT100, 采集對象包括水輪發(fā)電機(jī)空氣冷卻器、發(fā)電機(jī)定子、軸承等共計 30 多路。溫度巡檢裝置根據(jù)測溫電阻在不同的溫度下具有不同電阻值的原理, 將電阻轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量供計算機(jī)處理。PLC 將通過RS485 接口定時進(jìn)行采集。根據(jù)運(yùn)行需要, 設(shè)置以上模擬量低低限 LL、低限 L、高限 H、高高限 HH 報警值, 系統(tǒng)提供越復(fù)限報警及處理功能。 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器是測溫單元的主要元件也是水電廠最重要的傳感器，水電廠溫度傳感器運(yùn)行情況直接影響發(fā)電機(jī)組是否能夠安全運(yùn)行。因此，水電行業(yè)中，溫度傳感器性能穩(wěn)定、可靠性高是至關(guān)重要的。 二灘水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中機(jī)組需要監(jiān)測的溫度量有：推力瓦溫度、上導(dǎo)瓦溫度、水導(dǎo)瓦溫度、空氣冷卻器溫度、推力油槽冷卻溫度、定子繞組溫度、定子鐵心溫度、勵磁硅柜溫度、勵磁變（A、B、C）溫度等。 各種測溫傳感器的比較研究測溫電阻有 Pt100，Cu50，Cu53 等。而 Pt100 和 Cu50 是目前電廠最常用的測溫電阻，基本上 99%的水電廠都在使用。Pt100 是用鉑金材料作為敏感元件，Cu50 是用銅做敏感元件。而 Cu50 與 Pt100 的比較有幾個缺點(diǎn)：首先銅比鉑的阻值小，需要很長的銅絲繞制成敏感元件，鉑則相對短一些，一般的越長越細(xì)的材料可靠性越低。第二，鉑電阻是主流的測溫電阻，大的制造商、特別是德國廠家都以光刻濺射工藝生產(chǎn) Pt100 芯片，非常成熟可靠。第三，采用銅熱電阻進(jìn)行溫度的測量，測量范圍一般為50℃～+150℃，測量范圍小。第四，銅易于氧化，一般只用于 150℃以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。幾乎沒有廠家生產(chǎn) Cu 芯片，這樣如果要用 Cu50 產(chǎn)品只有自己繞制線圈來做敏感元件，可靠性大大降低。這也就是有些電廠使用的 Cu50 測溫電阻經(jīng)常壞的原因。而以鉑為材料的鉑電阻（Pt100）是一種物理、化學(xué)性能極其穩(wěn)定，測量范圍寬達(dá)200℃～+650℃，在高精度測量中不可欠缺的溫度傳感器。特別是在水電廠對溫度的測量中主要是使用 Pt100 作為溫度傳感器。所以水電廠采用 Pt100 作為溫度傳感器。 各溫度傳感器的特性在水電廠這個特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，由于存在不同的測溫量，所以現(xiàn)場要求選用不同的型號的溫度傳感器。根據(jù)現(xiàn)場情況及溫度傳感器的特性選用的溫度傳感器特性如圖 ；各部分溫度傳感器如圖 所示： 溫度傳感器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集是信息自動采集的過程，是從傳感器和其它待測設(shè)備等采集的模擬或數(shù)字信號。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要有五大部分，它們分別是工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路、傳感器和相應(yīng)的直流電源。： 通信 現(xiàn)場設(shè)備 工控機(jī)信號調(diào)整數(shù)據(jù)采集卡 傳感器 繼電器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 傳感器和變送器 變送器是一種能感應(yīng)物理信息并生成可測量的電信號的傳感器。例如電壓變送器、電流變送器等。傳感器所生成電信號一般和它所檢測的物理量成比例。通常將模擬信號包括直流信號、時域信號和頻率信號三種；數(shù)字信號包括通斷和脈沖序列兩種。對每種信號都可以采用多種測量角度和方法。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通常分為兩大類:一類是非電量(模擬量)，另一類是電量。非電量包括水位(水頭)、接力器位移、機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度、頻率等；電量包括電壓、電流、功率等。對于非電量一般需要經(jīng)過模數(shù)變換，轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電信號，再送給計算機(jī)進(jìn)行處理；對于電量，也要也要經(jīng)過模數(shù)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電量值，再送給計算機(jī)進(jìn)行處理。： 測點(diǎn)清單 序號 測點(diǎn)名稱 備 注 1機(jī)組功率測得機(jī)組電壓和電流，然后計算得出 2 機(jī)組頻率將殘壓測頻信號經(jīng)過信號處理進(jìn)入采集卡 3上游水位利用一轉(zhuǎn)二接口將傳感器水位信號引至采集卡 4下游水位利用一轉(zhuǎn)二接口將傳感器水位信號引至采集卡 5電網(wǎng)頻率PT二次側(cè)100V電壓信號，經(jīng)過信號處理進(jìn)入采集卡 6接力器行程從調(diào)速器端柜子排上引取，信號引入采集卡 7調(diào)速器頻率給定通過數(shù)據(jù)采集卡直接發(fā)送頻率脈沖給調(diào)速器 8壓油槽油位從電廠現(xiàn)有信號引取 9壓油槽壓力從電廠現(xiàn)有信號引取 10流量利用一轉(zhuǎn)二接口將流量傳感器的信號引至采集卡 11尾水壓力利用一轉(zhuǎn)二接口將傳感器水位信號引至采集卡 12蝸殼壓力利用一轉(zhuǎn)二接口將傳感器水位信號引至采集卡 13機(jī)組電流從電流變送器端子上引取 14機(jī)組電壓從電壓互感器二次側(cè)引取 15主配壓閥行程通過位移傳感器采集，再將信號引至采集卡 16輪葉開腔壓力通過壓力傳感器采集，再將信號引至采集卡 17導(dǎo)葉開腔壓力通過壓力傳感器采集，再將信號引至采集卡 18過濾器濾網(wǎng)后側(cè)壓力通過壓力傳感器采集，再將信號引至采集卡 19發(fā)電機(jī)出口斷路器輔助接點(diǎn)直接將開關(guān)量引入采集卡 20調(diào)速器功率增脈沖量，經(jīng)分壓引入采集卡 21調(diào)速器功率減脈沖量，經(jīng)分壓引入采集卡 22調(diào)速器油泵啟動繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 23調(diào)速器油泵停止繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 24開機(jī)繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 25停機(jī)繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 26機(jī)組手動控制命令繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 27機(jī)組自動控制命令繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 28機(jī)組開度控制命令繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 29機(jī)組功率控制命令繼電器直接將開關(guān)量引入采集卡 信號調(diào)理 由于從傳感器采集的信號會出現(xiàn)不同的狀況，如信號很微弱：信號超過采集卡的采集范圍：信號含有大量的噪聲等等，這些信號都不能正常采集，必須在經(jīng)過采集卡前經(jīng)過信號調(diào)理才能正常采集。信號調(diào)理有多種方法，主要包括信號的放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵和數(shù)字信號調(diào)理等。第四章 調(diào)速單元 系統(tǒng)概況及其發(fā)展 水輪機(jī)調(diào)節(jié)是指水輪機(jī)按某一預(yù)定的規(guī)律變化，如水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其方式為隨著負(fù)荷的改變，相應(yīng)改變導(dǎo)水機(jī)構(gòu)（或噴嘴、槳葉）的開度，以使水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速維持在某一額定值。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由兩大部分組成，分別是調(diào)速器和機(jī)組。調(diào)速器通常由多種元件組成，如測量、綜合、放大、執(zhí)行和反饋等元件，調(diào)節(jié)的對象是機(jī)組（導(dǎo)水機(jī)構(gòu)包括在機(jī)組內(nèi)）。水輪機(jī)調(diào)速器是水電廠的主要自動控制設(shè)備之一，稱之為水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的核心。機(jī)組在不同的工況下運(yùn)行都需要調(diào)速器對其進(jìn)行控制，如：機(jī)組空載運(yùn)行時，它調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的頻率；機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時，它根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率。水輪機(jī)調(diào)速器與其它機(jī)組的調(diào)速器一起維持電力系統(tǒng)的頻率保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；電力系統(tǒng)發(fā)生故障致使某些機(jī)組跳閘時，它可以使備用水輪發(fā)電機(jī)組迅速啟動、升速和并網(wǎng)，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。另外，水輪發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)中常常擔(dān)任調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)，開停機(jī)頻繁，其調(diào)速器性能的好壞，自動化水平的高低，直接影響到機(jī)組的正常運(yùn)行。調(diào)速器的調(diào)節(jié)性能和可靠性直接影響上述工作能否順利完成?？梢娝啓C(jī)調(diào)速器對水輪發(fā)電機(jī)組安全、可靠地運(yùn)行具有重要的作用，它不僅直接影響著電力系統(tǒng)向用戶供電的質(zhì)量及可靠性，還保護(hù)整個電網(wǎng)的安全。因此，水輪機(jī)調(diào)速器一直以來是電力系統(tǒng)自動控制的重要研究內(nèi)容之一。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包含有水流、機(jī)械、電氣一體等，如果僅從控制的角度看，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個具有非最小相位、非線性時變特性的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)相對來說不易穩(wěn)定。雖然控制理論有了很大的發(fā)展，但在水輪機(jī)調(diào)速器的控制理論方面的進(jìn)展相對比較緩慢。水輪機(jī)調(diào)速器的參數(shù)直接關(guān)系到水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及調(diào)節(jié)品質(zhì)，進(jìn)而會影響到電能的質(zhì)量。目前水輪機(jī)調(diào)速器基本都采用 PID 調(diào)節(jié)器，正確選擇調(diào)速器的最優(yōu)調(diào)節(jié)參數(shù)，使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有良好的動態(tài)品質(zhì)，是保證機(jī)組安全運(yùn)行及電能質(zhì)量的一個重要的問題。 調(diào)速器控制系統(tǒng)的功能 調(diào)速器是一種具有比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)規(guī)律的新型數(shù)字式水輪機(jī)轉(zhuǎn)速及功率調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)采用了真正的雙機(jī)交叉冗余PLC控制方式，系統(tǒng)雙機(jī)間通過M