CN101725376A - 单通道伺服控制模件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单通道伺服控制模件，它包括双层数据冗余接口、信号采集检测接口、伺服驱动接口和模件主CPU处理器，数据冗余传输接口构成数据传输通道并与模件主CPU处理器连接；信号采集检测接口采集阀门位置及手操盘信息并与模件主CPU处理器连接；伺服驱动接口驱动现场电液伺服阀并与模件主CPU连接。本发明通过数据冗余传输接口与主站DPU进行数据交换。DPU送来的阀位给定信号与现场油动机行程LVDT反馈信号在主CPU处理器中经过PID调节器处理后，输出伺服电流驱动电液伺服阀，完成汽轮机调门行程的控制。在恶劣的工业环境中能长期可靠运行；可通过通讯口监视到卡件内部的各种工作状态；内部软件可在线升级。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽轮机阀门调节模块，具体地说是一种单通道伺服控制模件。
背景技术
随着工业自动化技术的发展，汽轮机数字电液调节系统(DEH)开始大规模应用于各热电厂。数字式控制的基本概念是采用计算机技术进行数字运算和软件编程，实现各种控制功能。在生产过程中，数字式控制逐渐成为自动控制的主要形式。但是一个实际的工业控制系统，数字控制的输出通常要转换为动力才能驱动被控制对象的执行机构。也就是说在，在计算机与被控对象之间需要一个快速响应的环节，被控对象的执行机构需要有足够大的驱动力才能完全响应数字控制的输出。这在工业中通常采用电液伺服阀和液压动力作为驱动力组成电液伺服系统。这类由计算机数字控制的电液伺服系统就是数字式电液控制系统。
汽轮机数字电液控制系统DEH是电站汽轮发电机组不可或缺的组成部分，是汽轮机启动、停止、正常运行和事故工况下的调节控制器。高可靠性、多功能的阀位控制模件是整个数字电液调节系统的核心模块，其作用是直接驱动电液伺服阀，调节汽轮机的转速和输出功率
目前在汽轮机数字电液调节系统中的传统伺服控制模件，可靠性差；PID调节采用纯模拟电路方式实现，机械式电位器较多，结构复杂；缺少组态软件配合，没有良好的在线监视功能。
发明内容
为了克服传统伺服控制模件的缺点，本发明的目的是提供一种单通道伺服控制模件，该单通道伺服控制模件可靠性高，功能强大，与电液伺服阀、阀门位移反馈装置等构成电液伺服回路，通过阀位指令与阀位反馈值比较、(P、PI等)运算，输出驱动电流完成闭环阀位控制，和DEH系统配合，完成对汽轮机组的转速和功率控制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种单通道伺服控制模件，其特征在于：它包括双层数据冗余接口、信号采集检测接口、伺服驱动接口和模件主CPU处理器，双层数据冗余接口完成主站DPU与模件主CPU处理器之间的数据交换；信号采集检测接口将现场反馈或控制信号采集并送至模件主CPU处理器运算；模件主CPU处理器将双层数据冗余接口接收到的数据和信号采集检测接口检测到的信息经过处理后，通过伺服驱动接口作用于电液伺服阀。
本发明所述双层数据冗余接口采用高速的串行总线，它包含第一数据通讯接口和第二数据通讯接口，采用双总线并行工作方式，实现冗余的数据传输，当其中一条通讯总线由于发生意外而出现故障时，整个系统的数据传输通道仍能正常畅通。
本发明所述信号采集检测接口，包括2路LVDT信号采集检测电路、4路数字量输入信号采集检测电路、一路电网动态频率偏差模拟量信号采集检测电路。LVDT信号检测采用高速AD和专用LVDT调解芯片，为了防止2路LVDT产生差拍的现象，检测电路输出给LVDT的激励电源频率相差50HZ以上；4路数字量输入信号来自手操盘和OPC报警，采集电路利用光耦检测，防止外部干扰串进模件，同时查询电源与模件主CPU处理器电源相互独立，更加安全；电网动态频率偏差模拟量信号为4～20mA输入信号，采集电路采用高精度电子元器件和高速AD，保证信号的采集精度。
在信号采集检测接口中外接手操盘，在手动状态下，通过手操盘指令改变现场阀门的开度，做到手动状态和自动状态无扰切换。
在模件主CPU处理器内含有数字式智能PID控制器，具有偏差大积分自动切除、防止积分饱和功能。
本发明所述伺服驱动接口，它直接驱动现场的电液伺服阀，不再需要中间转换器。它可以提供四种不同量程范围的伺服电流以满足不同电液伺服阀的需求。当检测到OPC信号和LVDT异常时，伺服驱动接口输出最大电流迅速关闭或全开现场调门。
与传统的伺服控制器不同，伺服电流量程的选择完全在组态软件里面设置，不需要拆开模件外壳用跳线器选择，在组态软件里面还可选择伺服电流颤振输出；它还提供一路4～20mA模拟量输出信号用于跟踪阀门实际开度指令，同时这路模拟量输出信号也可以直接驱动现场的VOITH电液伺服阀。
本发明所述模件主CPU处理器采用低功耗、工业级处理器芯片，完成模件所有的运算和控制逻辑。
本发明对传统的伺服控制器进行改进，与传统的伺服控制器相比，具有如下优点：
(1)采用双总线并行工作方式，实现冗余的数据传输。
(2)内部无任何机械电位器式的调整手段，所有功能都可在组态软件中设置，在软件中可选择不同的伺服输出电流和颤振幅值。
(3)可接入两路LVDT信号，智能高选输出，LVDT断线检测。在现场可对LVDT任意位置进行零位、满位标定。
(4)当接收OPC动作信号和检测LVDT异常时自动快关或快开调门。
(5)具备手操功能，手自动切换时，不会引起调门晃动。
(6)具有一次调频功能，可以根据实际需要选择。
(7)完善的自诊断功能，可通过通讯口监视到卡件内部的各种工作状态，软件可在线升级。
本发明作为通讯从站，通过数据冗余传输接口与主站DPU进行数据交换。DPU送来的阀位给定信号与现场油动机行程LVDT反馈信号在主CPU处理器中经过PID调节器处理后，输出伺服电流驱动电液伺服阀，完成汽轮机调门行程的控制。本发明具有手动控制功能，在手动状态下，接受手操盘信号完成对电液伺服阀的手动调节；本发明可接受动态频率偏差信号，通过比例调节直接作用于电液伺服阀完成电网系统一次调频功能；本发明内部采用高精度、低温漂电子元器件，避免了电路的时漂和温漂问题，确保了在恶劣的工业环境中能长期可靠运行；本发明内部无任何机械电位器式的调整手段，完善的自诊断功能，可通过通讯口监视到卡件内部的各种工作状态。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的伺服控制功能框图。
具体实施方式
一种本发明所述的单通道伺服控制模件，见图1：它包括双层数据冗余接口1、信号采集检测接口2、伺服驱动接口3和模件主CPU处理器4，双层数据冗余接口1完成主站DPU 5与模件主CPU处理器4之间的数据交换；信号采集检测接口2将现场各种反馈或控制信号采集并送至模件主CPU处理器4运算；模件主CPU处理器4将双层数据冗余接口1接收到的数据和信号采集检测接口2检测到的信息经过处理(P，PI等调节)后，通过伺服驱动接口3作用于电液伺服阀。
本发明具体说明如下：
1、采用双总线并行工作方式，实现冗余的数据传输。
由于本模件要将采集到的现场各种开关量、模拟量信号通过数据传输通道送给控制系统的主控单元进行处理，同时又要把主控单元的各种开关量、模拟量控制命令通过数据传输通道本模件参与逻辑和PID运算。所以数据传输通道的可靠性非常重要，本模件采用了双通讯总线的设计，两条通讯总线并行工作。当其中一条通讯总线由于发生意外而出现故障时，整个系统的数据传输通道仍能正常畅通，同时对出现的其中一条总线故障进行报警提示。同时数据通讯接口具有超长发送限制电路，可防止不正常的数据包将总线嵌位。
2、手动自动状态无扰切换。
本模件可以外接手操盘装置，实现阀门的手动增减操作。当出现通讯中断或主站DPU故障等紧急情况时，只要启动手操盘的使能开关就可以切换到阀门的手动控制。模件输出一路0～5V电压信号驱动手操盘上阀门开度显示表，同时接收手操盘送来的阀门开度增或减指令。当手动状态切回自动控制时，模件通过双层数据冗余接口再将手动操作后的阀位指令上传给主站DPU，实现阀门无扰动切换。
3.数字式智能PID调节。
本模件采用数字式智能PID调节方式，给定的阀位指令和现场LVDT反馈转化成统一的量纲在PID调节控制器里完成运算，运算的结果通过伺服驱动接口驱动现场电液伺服阀，见图2。PID调节控制器含有积分切除开关，并有防止积分饱和、偏差大积分自动消除等功能，所有的功能都通过软件完成，比纯模拟的PID调节器更具有灵活性。
4、软件可在线升级。
当产品需要进行软件升级时，传统伺服控制模件需要将硬件进行拆装，使用专用编程工具由专业人员来实施此项工作，单通道伺服控制模件采用芯片自编程技术，可以通过模件上的通讯接口直接将新版本的软件更新到模件中，整个过程可在现场进行，不需要断电，更不需要拆装，完全可由用户自己来完成。
Claims (6)
1.一种单通道伺服控制模件，其特征在于：它包括双层数据冗余接口(1)、信号采集检测接口(2)、伺服驱动接口(3)和模件主CPU处理器(4)，双层数据冗余接口(1)完成主站DPU(5)与模件主CPU处理器(4)之间的数据交换；信号采集检测接口(2)将现场反馈或控制信号采集并送至模件主CPU处理器(4)运算；模件主CPU处理器(4)将双层数据冗余接口(1)接收到的数据和信号采集检测接口(2)检测到的信息经过处理后，通过伺服驱动接口(3)作用于电液伺服阀。
2.根据权利要求1所述的单通道伺服控制模件，其特征在于：所述双层数据冗余接口(1)采用双总线并行工作方式，实现冗余的数据传输；当其中一条通讯总线由于发生意外而出现故障时，整个系统的数据传输通道仍能正常畅通。
3.根据权利要求1所述的单通道伺服控制模件，其特征在于：所述信号采集检测接口(2)采集两路现场油动机行程LVDT信号，且智能高选输出，同时拥有LVDT在线标定、断线检测功能。
4.根据权利要求1所述的单通道伺服控制模件，其特征在于：在信号采集检测接口(2)中外接手操盘，在手动状态下，通过手操盘指令改变现场阀门的开度，做到手动状态和自动状态无扰切换。
5.根据权利要求1所述的单通道伺服控制模件，其特征在于：在模件主CPU处理器(4)内含有数字式智能PID控制器，具有偏差大积分自动切除、防止积分饱和功能。
6.根据权利要求1所述的单通道伺服控制模件，其特征在于：所述伺服驱动接口(3)输出四种不同范围的伺服电流，并直接作用于不同的电液伺服阀，中间不再需要驱动器转接；当检测到OPC信号和LVDT异常时，伺服驱动接口输出最大电流迅速关闭或全开现场调门。
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