CN102778863A - 一种基于可编程计算机控制器机组间隔自动监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于可编程计算机控制器的水轮发电机组间隔自动监控系统，包括可编程控制器单元(1)、输入信号调理单元(2)、输出信号调理单元(3)、触摸屏(22)、上位机系统(25)；PCC单元(1)集励磁调节(6)、调速(7)、同期(8)、顺序控制(4)、水机保护(5)为一体，一端通过CAN总线与温度巡检(9)，水位测控(10)，综合电量(11)，转速测量(13)和发电机保护(12)等现场智能设备相连，另一端通过串口与触摸屏(22)及上位机(25)通信。本发明使中小型发电机组间隔自动监控装置由庞大的分散装置向小型化、仪表化、集成化方向发展。对于实现发电机组自动化水平，实现水电站数字化、智能化有重要作用，主要用于中小型水电站。

Description

一种基于可编程计算机控制器机组间隔自动监控系统
【技术领域】
本发明涉及数字化水电站间隔自动监控系统，特别是采用一种新型可编程计算机控制器实现对水电站间隔层的水轮发电机组的智能监测与综合控制。
【背景技术】
发电机组间隔控制单元即机组现地控制单元(LCU)，是间隔层核心单元，是保证电站有效、可靠投运，保证机组安全运行的关键，是全厂综合自动化系统分布式结构中的一个控制节点。
调速器、励磁调节器和同期控制装置是发电机组主要组成部分，是发电厂间隔层(国内常称现地控制单元--LCU)核心单元，是发电厂综合自动化系统分布式结构中的一个主要节点。它是保证电站高效、可靠投运，保证机组安全运行的关键，对提高电力系统稳定性和发电质量、发电能力有重要作用。传统的装置这四部分各自独立设置，其体积大、设备分散，响应速度慢、价格高，安装维修不便，不能进行资源共享，不便进行调速、励磁、同期之间的协调控制，而且其控制装置都是以单片机、IPC、PLC、DSP、ARM为核心，可靠性、抗干扰能力也较差。
本发明提出一种基于可编程计算机控制器(PCC)的多功能多任务的综合控制器，集励磁、同期、转速、水位监控为一体，作为机组间隔控制装置，由一台PCC作为主平台，完成控制、监测、故障诊断和信息管理等功能和任务。各智能装置共享资源，共享统一的信息平台，减少重复设备，简化接线，降低成本，节能减材，它除了具有常规分立式装置的常规功能外，还具有协调控制，跟踪系统电压、频率及水机超速保护等功能。
据有关报导及查新报告，国内外目前发电机的调节与控制都是采用分立式微机励磁、调速、准同期装置。有些专家学者研究“调速汽门与励磁综合控制、线性与非线性的最佳控制”，并发表了一些论文，并有专利技术“发电机综合非线性控制装置”(CN03242452.3)用来实现励磁和汽门的控制，但没有将发电机组励磁、调速、准同期及顺序控制、温度巡检、水位测控作为个大系统进行综合控制，只是以电力系统稳定性及能量最小为目标函数。
国内现有间隔层的主要控制单元一般均用单片机、单板机及PLC作为硬件平台，最近也有用PCC作为发电厂间隔层的控制单元，但其PLC及PCC仅仅作为一平台，而各智能装置都是由不同厂家买来的分立的装置，上卦到此平台上，现地控制单元(LCU)只是组合各种智能装置，不是综合数据采集与处理、励磁、调速、准同期及顺序控制、温度巡捡、水位测控等智能单元为一体用一台PCC实现机组间隔层的综合控制。
目前国内分立式PCC励磁调节器，其无功补偿(即调差)环节，均带有笨大的无功变送器，其体积大、响应速度慢、价格高，本发明不用无功变送器，也不用复杂运算。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于可编程计算机控制器的水轮发电机组间隔自动监控系统，它包括可编程计算机控制器单元、输入信号调理单元、输出信号调理单元、触摸屏、上位机系统，PCC单元集顺序控制、水机保护、励磁调节、调速、同期为一体，一端通过CAN总线与温度巡检，水位测控，综合电量，发电机保护和转速测量等现场智能设备相连，另一端通过串口与触摸屏及上位机通信。
一种基于可编程计算机控制器——PCC(ProgrammableComputer Controller)为硬件平台的水电站机组间隔智能控制装置。集计算机监控、数据采集与处理、顺序控制、励磁、调速、自动准同期、测速、功率调节、温度巡检、水机保护、电气保护、故障诊断、机组保护、故障诊断和信息管理等为一体的多功能、多任务机组间隔智能控制装置，各单元和功能共享统一的信息平台，实现发电机组全自动化、数字化、智能化。集励磁、调速、同期、机组保护、机组顺控、水位测控为一体，实现对水轮发电机组综合控制，小型电站一机一屏。PCC除了完成顺序控制、机组保护、数据(模拟量、开关量、脉冲量)采集与处理及励磁、调速、同期控制任务外，还负责与上位机及现地各智能设备通信的任务。顺序控制单元通过输入输出继电器与过程控制设备相连，机组保护单元通过电液转换中间接力器与水轮机的随动系统相连。当上位计算机故障退出运行或通道故障和主控计算机通信中断时，间隔层各智能装置仍能独立进行控制和监视，保证电站安全运行。
目前国内分立式PCC励磁调节器，其PCC输出都是单脉冲，本发明调节输出为双脉冲触发功率单元，提高了功率输出单元脉冲触发的可靠性。
本发明采用高可靠、高速度的新一代可编程计算机控制器作为主要硬件平台。既有可编程逻辑控制器——PLC的高稳定性、高可靠性、便于维护优点，又有工业计算机的高速度、高效以及编程功能强大等特点，提高了水轮机发电组监控系统可靠性、实时性、准确性、经济性和可维护性，具有比常规PLC更高的可靠性，平均无故障时间达50万h。同时解决了单片机及工控机抗干扰差和稳定性问题；PCC通信功能强大，便于机组与上位机通讯及多机通讯，便于实现远程监控；PCC硬件是模件结构，全部模件插入底板或标准化结构组件，底板总线的设计采用系统总线和I/O总线分离布置的结构，并提供多种接口卡和通讯，抗干扰能力强，可靠性高，通信能力强。
本发明提出一种新型的基于PCC的测频、测相、测量无功电流、测量COSφ及无功补偿原理与技术，采用电流电压相量法，测量相位，获得无功电流，不用无功变送器，模块少并简化软件结构，提高了并列运行稳定性及合理分配机组间无功功率。
本发明的机组间隔智能控制装置除了具有常规分立式功能外，还具有跟踪控制与协调控制功能。对实现电站数字化、智能化及无人值守，少人值班，促进农村电气化及农村经济发展有重要意义。
【附图说明】
图1基于PCC机组LCU结构框图；
图2机组LCU的PCC结构框图；
图3机组LCU的输入信号调理单元结构框图；
图4机组LCU的输出信号调理单元连接框图；
图5双PCC机组LCU结构框图
图6基于PCC机组LCU结构框图
图7基于PCC机组LCU系统接线图
图8分布式机组控制单元系统框图
图9分布式系统结构图(单以太网)
图10水电站综合自动化系统简图
图中：1-可编程控制器，即PCC；2-输入信号调理；3-输出信号调理；4-顺序控制；5-水机保护；6-励磁调节；7-调速；8-同期；9-温度巡检；10-水位监测；11-综合电量；12-发电机保护；13-转速测量；22-触摸屏；23-现场设备；25-上位机。
AI-模拟量输入模块；DI-开关量输入模块；DMI-脉冲量输入模块；AO-模拟量输出模块；DO-开关量输出模块；DMO-脉冲量输出模块；IP-CPU单元；Ia、Ib、Ic-发电机定子电流；Uab、Ubc-机端电压；Ux-系统电压；Ul-励磁电压；Il-励磁电流。
【具体实施方式】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述：
根据图1所示，基于PCC机组LCU结构框图，PCC单元1集顺序控制4、水机保护5、励磁调节6、调速7、同期8为一体，一端通过CAN总线与温度巡检9、水位测控10、综合电量11、转速测量13和发电机保护12等现场智能设备相连，另一端通过串口与触摸屏22及上位机25通信。
根据图2所示，机组LCU的PCC结构框图，PCC单元1包括模拟量输入模块AI，开关量输入模块DI，脉冲量输入模块DMI，模拟量输出模块AO，开关量输出模块DO，脉冲量输出模块DMO。输入模块AI，开关量输入模块DI，脉冲量输入模块DMI与输入信号调理单元2连接，模拟量输出模块AO，开关量输出模块DI，脉冲量输出模块DMO与输出信号调理单元3连接，输出信号调理单元3与执行机构连接。
根据图3所示，机组LCU的输入信号调理单元结构框图，采用基于PCC的测频、测相、测量无功电流、测量COSφ及无功补偿原理与技术，采用电流电压相量法，测量相位，获得无功电流，不用无功变送器。
根据图4所示，机组LCU的输出信号调理单元结构框图，根据CPU单元IP计算输出的单脉冲，调节输出双脉冲触发功率单元，提高了功率输出单元脉冲触发的可靠性。
输入信号调理单元2，根据输入的发电机定子电流Ia、Ib、Ic、机端电压Uab、Ubc、系统电压Ux励磁电压Ul与励磁电流Il经输入信号调理单元调整，输出模拟量给模拟量输入模块AI、输出脉冲量信号给开关量输入模块DI，由CPU(IP)单元进行电压、电流、相位、频率的测量。
输出信号调理单元3，根据CPU(IP)单元计算输出的单脉冲，调节输出双脉冲触发功率单元。

Claims (4)

1.一种基于可编程计算机控制器机组间隔自动监控系统，其特征在于：包括可编程计算机控制器单元(1)、输入信号调理单元(2)、输出信号调理单元(3)、触摸屏(22)、上位机系统(25)，可编程计算机控制器单元(1)集顺序控制(4)、水机保护(5)、励磁调节(6)、调速(7)、同期(8)为一体，一端通过CAN总线与温度巡检(9)，水位测控(10)，综合电量(11)，发电机保护(12)和转速测量(13)等现场智能设备相连，另一端通过串口与触摸屏(22)及上位机(25)通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于可编程计算机控制器机组间隔自动监控系统，其特征在于：可编程计算机控制器(PCC)(1)单元，包括模拟量输入模块(AI)、开关量输入模块(DI)、脉冲量输入模块(DMI)、模拟量输出模块(AO)、开关量输出模块(DO)、脉冲量输出模块(DMO)，输入模块(AI)，开关量输入模块(DI)，脉冲量输入模块(DMI)与输入信号调理单元(2)连接；模拟量输出模块(AO)，开关量输出模块(DI)，脉冲量输出模块(DMO)与输出信号调理单元(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于可编程计算机控制器机组间隔自动监控系统，其特征在于：输入信号调理单元(2)，根据输入的发电机定子电流(Ia、Ib、Ic)、机端电压(Uab、Ubc)、系统电压(Ux)励磁电压(Ul)与励磁电流(Il)经输入信号调理单元调整输出模拟量给模拟量输入模块(AI)、输出脉冲量信号给开关量输入模块(DI)，由CPU(IP)单元进行电压、电流、相位、频率的测量。
4.根据权利要求1所述的一种基于可编程计算机控制器机组间隔自动监控系统，其特征在于：输出信号调理单元(3)，根据CPU(IP)单元计算输出的单脉冲，调节输出双脉冲触发功率单元。
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