CN117738753A - 一种冗余伺服控制系统 - Google Patents

Abstract

一种冗余伺服控制系统，属于汽轮机蒸汽阀门执行机构安全监测领域。本发明解决了现有汽轮机蒸汽阀门驱动机构出现故障时，采用现有的伺服系统进行控制易导致阀门开度出现波动的问题。本发明所述的两个位移传感器均用于采集汽轮机调节阀的实时开度信息，分别将实时开度信息经两个伺服控制模块传输至电液控制系统模拟量输入卡，电液控制系统模拟量输入卡利用接收的信号计算阀位指令，将阀位指令经电液控制系统模拟量输出卡同时传输至两个伺服控制模块传输阀位指令；两个伺服控制模块均利用实时开度数字信号和阀位指令采用PID算法计算伺服驱动电流，两个伺服控制模块分别连接伺服阀的两个伺服线圈。本发明适用于汽轮机蒸汽阀门伺服控制。

Description

一种冗余伺服控制系统

技术领域

本发明属于汽轮机蒸汽阀门执行机构安全监测领域。

背景技术

目前各系统平台冗余伺服模块方案基本相同，互为冗余的伺服模块输出电流指令共同驱动伺服阀的两组线圈，以完成对伺服阀的控制，每个伺服模块输出的电流指令约为总电流指令的一半。当其中一个伺服模块、指令回路出现故障或重新恢复冗余状态时，另一个伺服模块会自动调整输出电流来维持总指令不变，在此电流调整过程中，因指令的扰动作用，必然会导致阀门开度出现波动。

发明内容

本发明是为了解决现有汽轮机蒸汽阀门驱动机构出现故障时，采用现有的伺服系统进行控制易导致阀门开度出现波动的问题，提供了一种冗余伺服控制系统。

本发明所述的一种冗余伺服控制系统，包括：电液控制系统模拟量输入卡、电液控制系统模拟量输出卡、A伺服控制模块、B伺服控制模块、伺服阀和两个位移传感器；

两个位移传感器均用于采集汽轮机调节阀的实时开度信息，并分别将采集的实时开度信息传输至A伺服控制模块和B伺服控制模块实测信号输入端；

所述A伺服控制模块和B伺服控制模块均将接收的实时开度信息转换成数字信号，将实时开度数字信号传输至电液控制系统模拟量输入卡，电液控制系统模拟量输入卡利用输入的数字信号计算阀位指令，将所述阀位指令传输至电液控制系统模拟量输出卡；

所述电液控制系统模拟量输出卡同时向A伺服控制模块和B伺服控制模块传输阀位指令；

所述A伺服控制模块和B伺服控制模块均利用实时开度数字信号和阀位指令采用PID算法计算伺服驱动电流，所述A伺服控制模块和B伺服控制模块的驱动信号输出端分别连接至伺服阀的两个伺服线圈；

A伺服控制模块和B伺服控制模块互为冗余，A伺服控制模块和B伺服控制模块中的一个为主控模块，主控模块向伺服阀发送伺服驱动电流，主控模块还实时判断自身是否存在故障，若是，则向冗余模块发送自身故障信号，触发冗余模块输出伺服驱动电流，并将当前的冗余模块切换为主控模块。

进一步地，本发明中，A伺服控制模块和B伺服控制模块实时判断自身是否存在故障的具体方法为：

根据开度数字信号和阀位指令采用PID算法实时判断自身是否存在故障。

进一步地，本发明中，主控模块还实时向冗余模块发送驱动电流信号，所述冗余模块接收触发信号后将当前时刻接收的驱动电流输出给伺服阀，将自身作为主控模块，下一时刻开始持续将自身计算获得的驱动电流发送至伺服阀。

进一步地，本发明中，还包括直流电源，所述直流电源用于为电液控制系统模拟量输入卡、电液控制系统模拟量输出卡、A伺服控制模块、B伺服控制模块、伺服阀和两个位移传感器供电。

进一步地，本发明中，直流电源为24V。

本发明采用主副模块指令跟踪形式，伺服阀的两个伺服线圈中仅有一个工作，在主副模块切换过程中，伺服电流由伺服线圈1迅速切到伺服线圈2，伺服阀的总指令电流不变，可避免电流平衡状态的调整过程，极大减小了输出指令扰动及阀门波动。同时在此方案中，备用状态的伺服模块及指令回路出现故障，均不会对当前指令电流的输出造成任何影响有效的保证了驱动的平稳性。

附图说明

图1为本发明所述系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种冗余伺服控制系统，包括：电液控制系统模拟量输入卡1、电液控制系统模拟量输出卡2、A伺服控制模块3、B伺服控制模块4、伺服阀5和两个位移传感器；

两个位移传感器均用于采集汽轮机调节阀的实时开度信息，并分别将采集的实时开度信息传输至A伺服控制模块3和B伺服控制模块4实测信号输入端；

所述A伺服控制模块3和B伺服控制模块4均将接收的实时开度信息转换成数字信号，将实时开度数字信号传输至电液控制系统模拟量输入卡1，电液控制系统模拟量输入卡1利用输入的数字信号计算阀位指令，将所述阀位指令传输至电液控制系统模拟量输出卡2；

所述电液控制系统模拟量输出卡2同时向A伺服控制模块3和B伺服控制模块4传输阀位指令；

所述A伺服控制模块3和B伺服控制模块4均利用实时开度数字信号和阀位指令采用PID算法计算伺服驱动电流，所述A伺服控制模块3和B伺服控制模块4的驱动信号输出端分别连接至伺服阀5的两个伺服线圈；

A伺服控制模块3和B伺服控制模块4互为冗余，A伺服控制模块3和B伺服控制模块4中的一个为主控模块，主控模块向伺服阀5发送伺服驱动电流，主控模块还实时判断自身是否存在故障，若是，则向冗余模块发送自身故障信号，触发冗余模块输出伺服驱动电流，并将当前的冗余模块切换为主控模块。

进一步地，本实施方式中，主控模块实时判断自身是否存在故障的具体方法为：

根据开度数字信号和阀位指令采用PID算法实时判断自身是否存在故障。

进一步地，本实施方式中，主控模块还实时向冗余模块发送驱动电流信号，所述冗余模块接收触发信号后将当前时刻接收的驱动电流输出给伺服阀5，将自身作为主控模块，下一时刻开始持续将自身计算获得的驱动电流发送至伺服阀5。

进一步地，本实施方式中，还包括直流电源，所述直流电源用于为电液控制系统模拟量输入卡1、电液控制系统模拟量输出卡2、A伺服控制模块3、B伺服控制模块4、伺服阀5和两个位移传感器供电。

进一步地，本实施方式中，直流电源为24V。

进一步地，本实施方式中，A伺服控制模块3与B伺服控制模块4相互传输驱动电流信号。

本发明所述系统实现了阀门的双冗余伺服控制，两个伺服模块采用主副模块工作模式，每一个模块都有完整的输入和输出功能，正常工作时主模块接收一路阀位指令1、一路阀门实时开度(由第一个位移传感器输出信号)LVDT1反馈，经PID计算后输出一路伺服驱动电流给伺服阀的一个伺服线圈1。此时副卡接收另一路阀位指令2、另一路阀门实时开度(由第二个位移传感器输出信号)LVDT2反馈，经PID计算后得出副模块的驱动伺服电流，但此电流不输出给伺服阀的另一个伺服线圈2。伺服阀只由主模块驱动的伺服线圈1工作。副模块的AI1通道同时接收主模块AO3通道输出的伺服驱动电流作为跟踪，以便在主副模块切换时输出电流进行无扰切换。当主卡发生故障时，通过DO2通道发送指令给副模块的DI4通道。此时主模块由于故障，停止输出伺服电流给伺服线圈1，切换为副模块。副模块的DI4通道接收到指令后迅速切换为主模块，将之前通过AI1通道接收的跟踪伺服电流输出给伺服阀的伺服线圈2，伺服阀通过伺服线圈2继续工作。切换成主模块之后的伺服模块继续根据阀位指令2和阀门LVDT2反馈，通过PID计算出伺服电流，输出至伺服阀伺服线圈2来实现对伺服阀的控制。

具体实施例：

伺服模块的工作原理如图1所示。所述伺服模块采用型号为FHC-VC(R)的模块实现，所述伺服模块具有手动和自动模式选择，位于手动模式时，可以通过增加或者减小指令来控制调节阀开大或关小。伺服模块位于自动模式时，接收阀位给定信号，根据阀门LVDT位置反馈，通过PID计算给出调节阀的开度指令。每块伺服模块有如下主要接口如下表所示：

其中副模块通过AI1通道接收主卡AO3通道伺服线圈电流，以便在主副模块切换时伺服阀电流输出能够没有扰动。副模块通过DI4通道接收主模块DO2通道的故障报警，此时副模块和主模块相互切换，原来的副模块变为新的主模块，输出伺服阀指令电流。

电液控制系统(DEH系统)模拟量输出卡输出两路阀位指令分别送至两个伺服模块，两个位移传感器分别通过两个LVDT将阀位信号分别反馈给两个伺服模块，两个伺服模块输出的两路驱动电流分别送至伺服阀的两个伺服线圈。伺服阀的两个伺服线圈中只要有一个接收到伺服电流即可正常工作。

本发明具有双阀位指令、双LVDT反馈、双伺服模块、双线圈伺服阀，达到整体双冗余配置，能够有效保证机组运行的可靠性。A伺服模块和B伺服模块组成一对冗余主副伺服模块组，安装在基板上。24V直流电源安装在DEH(电液控制系统)机柜中，给基板供电。冗余伺服模块组通过硬接线与DEH机柜相连，传输阀位指令、阀位反馈、故障报警等信号。冗余伺服模块组通过基板相互传输跟踪伺服电流和故障信号。每个伺服模块分别连接伺服阀中的一个伺服线圈。当有多个阀门需要控制时，可以配置多套冗余伺服模块及伺服阀组，每组控制一个阀门，每组的硬件组成和信号连接同上。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (6)

1.一种冗余伺服控制系统，其特征在于，包括：电液控制系统模拟量输入卡(1)、电液控制系统模拟量输出卡(2)、A伺服控制模块(3)、B伺服控制模块(4)、伺服阀(5)和两个位移传感器；

两个位移传感器均用于采集汽轮机调节阀的实时开度信息，并分别将采集的实时开度信息传输至A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)实测信号输入端；

所述A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)均将接收的实时开度信息转换成数字信号，将实时开度数字信号传输至电液控制系统模拟量输入卡(1)，电液控制系统模拟量输入卡(1)利用输入的数字信号计算阀位指令，将所述阀位指令传输至电液控制系统模拟量输出卡(2)；

所述电液控制系统模拟量输出卡(2)同时向A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)传输阀位指令；

所述A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)均利用实时开度数字信号和阀位指令采用PID算法计算伺服驱动电流，所述A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)的驱动信号输出端分别连接至伺服阀(5)的两个伺服线圈；

A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)互为冗余，A伺服控制模块(3)和B伺服控制模块(4)中的一个为主控模块，主控模块向伺服阀(5)发送伺服驱动电流，主控模块还实时判断自身是否存在故障，若是，则向冗余模块发送自身故障信号，触发冗余模块输出伺服驱动电流，并将当前的冗余模块切换为主控模块。

2.根据权利要求1所述的一种冗余伺服控制系统，其特征在于，主控模块实时判断自身是否存在故障的具体方法为：

根据开度数字信号和阀位指令采用PID算法实时判断自身是否存在故障。

3.根据权利要求1或2所述的一种冗余伺服控制系统，其特征在于，主控模块还实时向冗余模块发送驱动电流信号，所述冗余模块接收触发信号后将当前时刻接收的驱动电流输出给伺服阀(5)，将自身作为主控模块，下一时刻开始持续将自身计算获得的驱动电流发送至伺服阀(5)。

4.根据权利要求1或2所述的一种冗余伺服控制系统，其特征在于，还包括直流电源，所述直流电源用于为电液控制系统模拟量输入卡(1)、电液控制系统模拟量输出卡(2)、A伺服控制模块(3)、B伺服控制模块(4)、伺服阀(5)和两个位移传感器供电。

5.根据权利要求4所述的一种冗余伺服控制系统，其特征在于，直流电源为24V。

6.根据权利要求2所述的一种冗余伺服控制系统，其特征在于，A伺服控制模块(3)与B伺服控制模块(4)相互传输驱动电流信号。