CN104020802A - 一种大容量空冷发电机定子线圈弯部固化成型控制系统 - Google Patents
一种大容量空冷发电机定子线圈弯部固化成型控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大容量空冷发电机机定子线圈弯部固化成型控制系统，包括总站控制系统、加热固化温度控制驱动系统、温度控制系统、加热器断线检测系统、工业监控系统以及机械电气分站。本发明采用总站控制器的方式，所有的控制均有总站控制器自行完成，无需人工干预，加热固化成型控制完全自动化，并且大大解放了劳动力。本发明每个温度传感器采用标准热电阻温度补偿仪进行温度补偿设置，提高温度的准确性。本发明将传感器与线圈之间零距离接触提高加热的精度，同时全螺纹配合能够使加热板线圈依靠的一侧整体平整，总体来说，提高了线圈的质量。本发明采用闭环PID算法，可以提高温度控制精度，减小超调量，使线圈固化质量得到显著的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种定子线圈弯部固化成型的生产技术，特别是一种大容量空冷发电机定子线圈弯部固化成型控制系统。
背景技术
定子线圈是发电机的核心部件，定子线圈的工艺和生产水平直接影响发电机的性能及使用寿命。目前，国内外对定子线圈弯部固化成型主要有以下两种方式：一是线圈内加热固化，二是人工控制电源通断控制加热管固化方式。内加热固化方式主要是将工厂用电(一般为380V)通过变压器转变为24V以下的电源，然后通过电缆线直接接到定子线圈的两端对线圈进行加热固化。内加热固化的原理是利用定子线圈自身的电阻发热进行的。内加热固化的缺点是对定子线圈加热的电缆线同样有电阻，要消耗大量的能量，同时内加热固化不仅对定子线圈的弯部加热，而是对整支定子线圈加热，这样也造成了能量的浪费。人工控制电源通断控制加热管固化方式是通过红外温度测量仪测得当前温度，然后与定子线圈加工工艺中的当前设定温度比较，人工控制电源的通断来控制定子线圈的加热固化过程。人工控制电源通断的方式最主要的缺点是过程调节完全手动，温度控制不稳定，定子线圈的质量达标率不高。此外，人工控制电源通断的方式当加热管出现故障时，无法检测。因此当前急需研发一套能够应用于大容量空冷发电机定子线圈弯部固化成型的控制系统，使线圈的质量提升、加工效率提高并且大量解放劳动生产力。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种加热固化成型控制完全自动化、可提高产品质量、解放劳动生产力并且能够精确进行自我故障诊断的大容量空冷发电机定子线圈弯部固化成型控制系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种大容量空冷发电机机定子线圈弯部固化成型控制系统，包括总站控制系统、加热固化温度控制驱动系统、温度控制系统、加热器断线检测系统、工业监控系统以及机械电气分站；
所述的总站控制系统包括总站控制器、MPI通讯线缆以及Profibus-DP总线通讯线缆；
所述的加热固化温度控制驱动系统包括断路器、熔断器、固态继电器以及电加热器；所述的断路器输入端与上励电气分站连接、其输出端依次经熔断器、和固态继电器后与电加热器连接；
所述的温度控制系统由测温单元和测温元件组成，所述的测温元件采用高精度的PT100温度传感器；所述的测温单元的输出端与上励电气分站连接、其输入端分别与测温元件连接；温度传感器头部为全螺纹结构，加热板的厚度与传感器的头部长度相等，加热板上有一全螺纹通孔，温度传感器安装在加热板的全螺纹通孔中；
所述的加热器断线检测系统包括电加热器断线报警器和互感器；所述的互感器套在电加热器的线缆上，将互感器的感应电流送入电加热器断线报警器中；所述的电加热器断线报警器与上励电气分站双向连接；
所述的工业监控系统包括工业控制计算机和监控显示器，所述的工业控制计算机是安装有工业监控系统软件的工业控制计算机；所述的工业控制计算机通过MPI通讯线缆与总站控制器与双向连接，所述的监控显示器与工业控制计算机双向连接；
所述的机械电气分站包括四个独立的分站，分别是上励电气分站、上汽电气分站、下励电气分站和下汽电气分站，其中每个分站采用独立的电气设计和PLC控制；所述的上励电气分站的一端通过Profibus-DP总线通讯线缆与总站控制器双向连接、其另一端依次顺序与上汽电气分站、下励电气分站和下汽电气分站通过Profibus-DP总线通讯线缆双向连接；
所述的电加热器断线报警器的报警方法，包括以下步骤：在电加热器断线报警器中，通过滤波放大得到平滑电路，然后通过比较器与基准电路比较，如果比基准电路值小那么经光电隔离输出报警信号，将报警信号经Profibus-DP总线通讯线缆传输给总线控制器，总线控制器驱动声光报警；
所述的温度控制系统的温度控制方法，包括以下步骤：
A、将一支定子线圈分为两个弯部，即上励端和上汽端或下励端和下汽端，每个弯部分为六个部分，然后用六条加热线路来对这六个部分分别进行加热固化，每一路由一个固态继电器控制一定数量的电加热器进行加热固化，电加热器的数量根据定子线圈的形状不同适当调整，每一路外接三个测温元件控制，三个测温元件分别接入测温单元，根据实际控制情况，设置每个测温元件的权值，三个测温元件加权平均值作为当前定子线圈的温度值，当其中有测温元件出现故障时，总站控制系统自动屏蔽本测温元件的温度值，并通过Profibus-DP总线通讯线缆将故障信号传输给总站控制器，总站控制器驱动声光报警。其余的测温元件重新分配相应的权值，得到定子线圈的温度值。同时，监控显示器的系统监控界面对每一支测温元件都设置有开关按钮，可人工关闭任意测温元件，当某测温元件被关闭后，测温单元不再采集此测温元件的数值，同时温度加权平均也不包含此测温元件；
B、由总站控制系统根据温度控制系统采集到的温度驱动温度调节器来实现温度调节，温度调节器采用PID调节器配合脉冲发生器来实现，其中PID调节器通过监控界面调整采样周期、比例时间、积分时间和微分时间数，其中脉冲发生器用于构建具有比例执行机构脉冲输出的PID控制器。具体过程为通过脉宽调制将输入变量INV转换为具有恒定周期的脉冲列，PID调节器的采样周期与脉冲发生器脉冲发生周期必须为整数倍数，脉冲发生器输出的脉冲信号通过总站控制器来控制固态继电器，固态继电器根据脉冲信号数量确定要接通多少时间，固态继电器接通之后，电加热器即对定子线圈进行加热固化成型。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.总站控制器机制：本发明采用了总站控制器的方式，所有的控制均有总站控制器自行完成，无需人工干预，加热固化成型控制完全自动化，并且大大解放了劳动力。
2.温度补偿：本发明每个PT100温度传感器采用标准热电阻温度补偿仪进行温度补偿设置，提高温度的准确性，线棒的质量得到保证。
3.传感器和加热板的外形设计：本发明将传感器与线圈之间零距离接触提高加热的精度，同时全螺纹配合能够使加热板线圈依靠的一侧整体平整，总体来说，提高了线圈的质量。
4.多传感器冗余：多传感器冗余解决了只有一支传感器控制的弊端，只有一支传感器时，当传感器出现故障或温度不准确时容易导致系统控制失效，本发明中总站控制器根据生产工艺曲线所设定的温度自动判断当前传感器是否损坏，成功进行了传感器故障的自我诊断。
5.PID温度控制：本发明采用闭环PID算法，对传感器补偿校准以及多传感器冗余设计使温度的控制精度可达到±2度，PID温度控制可以提高温度控制精度，减小超调量，使线圈固化的质量得到显著的提高。
6、加热器断线报警装置：本发明通过加热器断线报警装置，可以实时监控电加热器的状态，如果电加热器、或者是固态继电器出现损坏的情况可随时检测出，通过此装置，加热固化成型控制系统的故障可以自我诊断，并根据故障的严重程度判断是否需要停机，这样节省了故障修复时间，提高了生产效率和线圈加热固化的质量。
附图说明
本发明共有附图8张，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是断线报警工作原理图。
图3是传感器外形设计图。
图4是传感器的加热板开孔位置图。
图5是图4的A-A剖视图。
图6是传感器与加热板的装配图。
图7是温度调节器原理图。
图8是定子线圈的固化结构图。
图中：1、总站控制器，2、MPI通讯线缆，3、工业控制计算机，4、监控显示器，5、断路器，6、熔断器，7、固态继电器，8、电加热器，9、测温单元，10、测温元件，11、定子线圈，12、电加热器断线报警器，13、上励电气分站，14、上汽电气分站，15、下励电气分站，16、下汽电气分站，17、Profibus-DP总线通讯线缆，18、互感器，19、传感器头部，20、螺栓紧固件，21、引线，22、加热板，23、全螺纹通孔，24、PID调节器，25、脉冲发生器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种大容量空冷发电机定子线圈11弯部固化成型控制系统，包括总站控制系统、加热固化温度控制驱动系统、温度控制系统、加热器断线检测系统、工业监控系统以及机械电气分站；
所述的总站控制系统包括总站控器1、MPI通讯线缆2以及Profibus-DP总线通讯线缆17；所述的加热固化温度控制驱动系统包括断路器5、熔断器6、固态继电器7以及电加热器8，所述的温度控制系统由测温单元9和测温元件10组成，测温元件10采用高精度的PT温度传感器；如图3所示，温度传感器头部19为全螺纹结构，如图5所示，加热板22的厚度与传感器的头部长度相等，如图4所示加热板22上有一全螺纹通孔23，如图6所示，温度传感器通过螺栓紧固件20安装在加热板22的全螺纹通孔23中，引线21输出传感器的信号。如图2所示，所述的加热器断线检测系统包括电加热器断线报警器12和互感器18；将互感器18套在电加热器8的线缆上，将互感器18感应到电流送入电加热器断线报警器12中，在电加热器断线报警器12中，通过滤波放大得到平滑电路，然后通过比较器与基准电路比较，如果比基准电路值小那么经光电隔离输出报警信号，将报警信号经Profibus-DP总线通讯线缆17传输给总线控制器，总线控制器驱动声光报警。所述的工业监控系统包括工业控制计算机3和监控显示器4，所述的工业控制计算机3是安装有工业监控系统软件的工业控制计算机3；所述的机械电气分站包括四个独立的分站，分别是上励电气分站13、上汽电气分站14、下励电气分站15和下汽电气分站16，其中每个分站采用独立的电气设计和PLC控制，并且通过Profibus-DP总线通讯线缆17将各分站和总站控器1之间连接通讯；如图8所示，本发明中以工程中一实例介绍将一支定子线圈11分为两个弯部，即上励端、上汽端或下励端、下汽端，每个弯部分为六个部分，然后用六条加热线路来对这六个部分分别进行加热固化，电加热器8的数量根据线圈的形状不同适当调整，每一路外接三个PT温度传感器控制，三个温度传感器分别接入测温单元9，根据实际控制情况，设置每个传感器的权值，三个传感器加权平均值作为当前线圈的温度值，当其中有传感器出现故障时，系统自动屏蔽本传感器的温度值，并通过Profibus-DP总线通讯线缆17将故障信号传输给总站控器1，总站控器1驱动声光报警。其余的传感器重新分配相应的权值，得到线圈的温度值。同时，监控显示器4的系统监控界面对每一支传感器都设置有开关按钮，可人工关闭任意传感器，当某传感器被关闭后，测温单元9不再采集此传感器的数值，同时温度加权平均也不包含此传感器。如图7所示，所述的温度调节由总线控制系统根据温度控制系统采集到的温度驱动温度调节器来实现的，温度调节器采用PID调节器24配合脉冲发生器25来实现，其中PID调节器24可以通过监控界面调整采样周期、比例时间、积分时间、微分时间等参数，其中脉冲发生器25用于构建具有比例执行机构脉冲输出的PID控制器。PID调节器24和脉冲发生器25是总站控器1内部实现的，PID调节器24的作用是根据一定的采样周期对实时的温度进行读取，读取完成以后PID调节器24会进行运算，来预测下一个周期应该怎么加热，因为PID调节器24算出来的加热过程是连续的，而固态继电器7的实际控制加热的过程是开关量，因此需要通过脉冲发生器25把PID调节器24算出来的结果转换成脉冲形式的，即在一个采样周期的过程中需要加热的时间比例，即如果一个加热周期是1秒钟，总站控制系统自动将这1秒钟分为100份，那么如果要加热0.6秒，脉冲发生器25就要发出60个脉冲的高电平，然后再发40个脉冲的低电平。具体过程为通过脉宽调制将输入变量INV转换为具有恒定周期的脉冲列，PID调节器24的采样周期与脉冲发生器25脉冲发生周期必须为整数倍数，这样加热固化的时间由总站控器1计算，减小温度的超调量，提高了温度的控制精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种大容量空冷发电机机定子线圈弯部固化成型控制系统，其特征在于：包括总站控制系统、加热固化温度控制驱动系统、温度控制系统、加热器断线检测系统、工业监控系统以及机械电气分站；
所述的总站控制系统包括总站控器(1)、MPI通讯线缆(2)以及Profibus-DP总线通讯线缆(17)；
所述的加热固化温度控制驱动系统包括断路器(5)、熔断器(6)、固态继电器(7)以及电加热器(8)；所述的断路器(5)输入端与上励电气分站(13)连接、其输出端依次经熔断器(6)、和固态继电器(7)后与电加热器(8)连接；
所述的温度控制系统由测温单元(9)和测温元件(10)组成，所述的测温元件(10)采用高精度的PT100温度传感器；所述的测温单元(9)的输出端与上励电气分站(13)连接、其输入端分别与测温元件(10)连接；温度传感器头部(19)为全螺纹结构，加热板(22)的厚度与传感器的头部长度相等，加热板(22)上有一全螺纹通孔(23)，温度传感器安装在加热板(22)的全螺纹通孔(23)中；
所述的加热器断线检测系统包括电加热器断线报警器(12)和互感器(18)；所述的互感器(18)套在电加热器(8)的线缆上，将互感器(18)的感应电流送入电加热器断线报警器(12)中；所述的电加热器断线报警器(12)与上励电气分站(13)双向连接；
所述的工业监控系统包括工业控制计算机(3)和监控显示器(4)，所述的工业控制计算机(3)是安装有工业监控系统软件的工业控制计算机(3)；所述的工业控制计算机(3)通过MPI通讯线缆(2)与总站控器(1)与双向连接，所述的监控显示器(4)与工业控制计算机(3)双向连接；
所述的机械电气分站包括四个独立的分站，分别是上励电气分站(13)、上汽电气分站(14)、下励电气分站(15)和下汽电气分站(16)，其中每个分站采用独立的电气设计和PLC控制；所述的上励电气分站(13)的一端通过Profibus-DP总线通讯线缆(17)与总站控器(1)双向连接、其另一端依次顺序与上汽电气分站(14)、下励电气分站(15)和下汽电气分站(16)通过Profibus-DP总线通讯线缆(17)双向连接；
所述的电加热器断线报警器(12)的报警方法，包括以下步骤：在电加热器断线报警器(12)中，通过滤波放大得到平滑电路，然后通过比较器与基准电路比较，如果比基准电路值小那么经光电隔离输出报警信号，将报警信号经Profibus-DP总线通讯线缆(17)传输给总线控制器，总线控制器驱动声光报警；
所述的温度控制系统的温度控制方法，包括以下步骤：
A、将一支定子线圈(11)分为两个弯部，即上励端和上汽端或下励端和下汽端，每个弯部分为六个部分，然后用六条加热线路来对这六个部分分别进行加热固化，每一路由一个固态继电器(7)控制一定数量的电加热器(8)进行加热固化，电加热器(8)的数量根据定子线圈(11)的形状不同适当调整，每一路外接三个测温元件(10)控制，三个测温元件(10)分别接入测温单元(9)，根据实际控制情况，设置每个测温元件(10)的权值，三个测温元件(10)加权平均值作为当前定子线圈(11)的温度值，当其中有测温元件(10)出现故障时，总站控制系统自动屏蔽本测温元件(10)的温度值，并通过Profibus-DP总线通讯线缆(17)将故障信号传输给总站控器(1)，总站控器(1)驱动声光报警；其余的测温元件(10)重新分配相应的权值，得到定子线圈(11)的温度值；同时，监控显示器(4)的系统监控界面对每一支测温元件(10)都设置有开关按钮，可人工关闭任意测温元件(10)，当某测温元件(10)被关闭后，测温单元(9)不再采集此测温元件(10)的数值，同时温度加权平均也不包含此测温元件(10)；
B、由总站控制系统根据温度控制系统采集到的温度驱动温度调节器来实现温度调节，温度调节器采用PID调节器(24)配合脉冲发生器(25)来实现，其中PID调节器(24)通过监控界面调整采样周期、比例时间、积分时间和微分时间数，其中脉冲发生器(25)用于构建具有比例执行机构脉冲输出的PID控制器；具体过程为通过脉宽调制将输入变量INV转换为具有恒定周期的脉冲列，PID调节器(24)的采样周期与脉冲发生器(25)脉冲发生周期必须为整数倍数，脉冲发生器(25)输出的脉冲信号通过总站控器(1)来控制固态继电器(7)，固态继电器(7)根据脉冲信号数量确定要接通多少时间，固态继电器(7)接通之后，电加热器(8)即对定子线圈(11)进行加热固化成型。
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