CN208000503U - 一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，包括PLC控制器，控制屏，执行机构，测量装置和电源；PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端，输出端经伺服模块连接执行机构控制端，执行机构输出端驱动有机工质汽轮机；测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值；控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态；电源用于为PLC控制器，控制屏和测量装置供电；PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制。本实用新型能够很好的适用于中低温地热汽轮机，完成对有机工质汽轮机转速的实时调节，其转速控制精度达到±1转/分，调速不等率在3‑6％范围内连续可调。
Description
技术领域
本实用新型涉及中低温地热发电技术领域，具体为一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统。
背景技术
我国中低温地热资源丰富，开展中低温地热发电热力循环的技术研究，可以推动中低温地热发电技术在我国适宜地区的推广应用，解决区域性电力需求和增加能源供给来源。
有机工质汽轮机作为中低温地热发电热力循环中的关键部件，需要对其展开深入的研究。调速系统作为汽轮发电机组的主要控制系统，其动态特性不仅会对机组的经济性与安全性产生影响，还会对供电质量，主要是对功率和频率产生影咱，从而对电网的稳定性问题产生影响。
汽轮机调速系统经历了三个阶段的发展，目前广泛应用的是数字电液调节系统。常见的汽轮机调速系统已经能较好满足火电机组的正常运行，尚且存在自动控制功能不够完善的问题，而适用于中低温地热发电机组的控制调速系统的发展还多处于仿真研究阶段。根据地热输出源和有机工质发电系统的不同特点，研究关键部件汽轮机和地热输出系统的协调控制策略以及完整的控制系统，目前并没有这方面的报道。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，结构简单，设计合理，调速方便，控制高效。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，包括PLC控制器，控制屏，执行机构，测量装置和电源；
所述的PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端，输出端经伺服模块连接执行机构控制端，执行机构输出端驱动有机工质汽轮机；
所述的测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值；
所述的控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态；
所述电源用于为PLC控制器，控制屏和测量装置供电；
所述的PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制。
优选的，PLC控制器采用S7-200CPU224XP型PLC，设置有14个数字量输入测点、10个数字量输出测点、2个模拟量输出测点和1个模拟量输出测点。
优选的，控制屏采用SMART 700IE可组态触摸式显示屏。
优选的，执行机构采用Nucom-NM40型电子执行器。
优选的，测量装置包括三个无源电磁式转速传感器，分别对应靠近有机工质汽轮机转轴连接的齿轮安装，通过检测齿轮上齿经过其磁极的移动输出对应有机工质汽轮机转速的频率输出信号。
进一步，PLC控制器用于对测量装置输出端输出的三路频率输出信号进行选择和滤波得到有机工质汽轮机的转速实际值。
优选的，PLC控制器与上位机之间通过PC/PPI编程电缆连接，上位机端口味USB接口，PLC控制器端口为串行接口，使用RS232或RS485传输协议通信。
进一步，控制屏和上位机通过串行电缆连接；PLC控制器和控制屏通过串行接口连接，使用RS485传输协议。
优选的，PLC控制器的输入端还包括六个转速设定值输入端口，六个转速设定值输入端口按照设定值优先级从高到低依次连接远程设定值、同步设定值、超速试验设定值、转速设定提升值，转速设定降低值和启动设定值。
优选的，PLC控制器输出端连接阀位限制器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型以PLC控制作为微处理器作为控制核心，对采集的转速实际值和设定值进行PID控制，从而能够很好的适用于中低温地热汽轮机，完成对有机工质汽轮机转速的实时调节，其转速控制精度达到±1转/分，调速不等率在3-6％范围内连续可调。
进一步的，通过对PLC控制器、控制屏和执行机构的芯片配合，能够确保低温换热器、有机工质汽轮机、有机工质泵和冷凝器的协调运行，保证地热低温发电装置的安全和稳定运行。
进一步的，通过测量装置对转速的多路测量，和不同优先级的转速设定值的输入，利用PLC控制器对其进行选择并滤波，极大的提高了转速实际值的精确度，以及设定值的准确可靠，从而保证了PID控制的精度和速度。
进一步的，通过PLC控制器、上位机和控制屏之间的合理连接和布置，能够提高三者之间的通信传输可靠性和稳定性，保证数据信号的快速流转。
附图说明
图1为本实用新型实例中所述调速系统的结构示意图；
图2为本实用新型实例中所述调速系统的调速原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，如图1所示，其包括PLC控制器，控制屏，执行机构，测量装置和电源。
其中微处理器采用西门子的S7-200CPU224XP型PLC，该PLC具有14个数字量输入测点、10个数字量输出测点、2个模拟量输出测点和1个模拟量输出测点，并且具有PID调节功能；为满足有机工质汽轮机的控制要求，需要连接五个4模拟量输入模块和一个2模拟量输出模块。
所采用控制屏为西门子公司的SMART 700IE可组态触摸式显示屏，通过对该控制屏的画面组态，可以实现参数状态监视、控制参数调整、控制模式转换和参数超限报警等功能。
采用执行机构为日本光荣公司Nucom-NM40型电子执行器。
上述方案中，测量装置三个无源电磁式转速传感器(MPU)，安装在靠近与有机工质汽轮机转轴连接的齿轮处，通过检测齿轮上齿经过其磁极的移动提供对应于汽轮机转速的频率输出信号。
经过检测到的转速滤波，转速信号转化为4-20mA标准电信号，输出给微处理器S7-200。
微处理器对这三个转速信号进行幅值转化与选择，得出用于转速控制的转速实际值。
上述方案中，调速系统的通信涉及到PLC控制器、HMI的控制屏和PC上位计算机三个设备，包括：
PLC与PC之间的通信使用专用的PC/PPI编程电缆，PC端为USB借口，PLC端为串行接口，使用RS232或RS485传输协议通信；
HMI和PC的连接直接使用串行电缆；
PLC和HMI之间的通信也使用串行接口，传输协议为RS485。
上述方案中，在控制回路出口设计阀位限制器。
上述方案中，所采用电源为220VAC(交流)电源，并通过变压器的作用将电能转化为不同的电压等级，供系统中的各个设备使用；设计备用电源采用蓄电池供电，在220V AC电源发生故障或断电时切入工作。
下面对本调速系统具体工作过程进行描述：
如图2所示，从汽轮机采集三个转速值，经过3选2和滤波后，得出用于有机工质汽轮机控制的转速实际值。
在汽轮机运行的不同阶段，控制系统输出不同的转速设定值。图2中的转速设定值按逻辑优先顺序依次排列，分别为远程设定值、同步设定值、超速试验设定值、转速设定值升/降以及启动设定值。
不同阶段的转速设定值按逻辑优先顺序进行排列，当优先级较高的下一阶段的设定值被选择时，自动代替优先级较低的上一阶段的设定值。
启动设定值为最低转速设定值，当“运行(START)”指令发出时，使有机工质汽轮机从零转速状态启动，达到目标的最低转速值。
转速设定值升/降是在自动启动程序或者手动操作下提升转速设定值，使转速不断上升，直至转速达到额定值。在自动启动中，调节系统不断检测转速设定值与实际值偏差，来调整升速率，并在转差小于8rpm时切至PID精确控制。
超速试验设定值用于汽轮机组进行超速试验的条件下，将转速设定值设置为110％额定转速值，并且同时将转速设定值的上限临时提升为115％额定转速，以保证超速试验不受转速设定值上限的限制。超速试验进行完毕，立即将转速设定值与转速设定值上限调整为额定值。
同步设定值在有机工质汽轮机组并网的条件下被选择。在发电机断路器GSE和主回路断路器LSE闭合的条件下，机组进行并网操作，控制系统选择同步设定值，使机组转速与电网转速保持一致。在并网过程完成后，机组的转速只受电网控制。
远程设定值没有设置在控制逻辑中，而使通过远程通讯给到控制系统。当投入远程转速设定值时，它可以与转速设定值不一定。在该条件下，调节系统使转速设定值按一定的升速率与远程转速设定值进行同步。
其中GSE为发电机断路器闭合信号，LSE为主回路断路器闭合信号，当机组进行同步时，GSE/LSE＝1。
使用PID控制器作为调速系统的控制器，其输出为转速设定值与转速实际值的偏差。通过控制器输出值的反馈控制来满足系统实时调节的要求。最后，控制器输出满足阀位上下限的值用于进行执行器的控制。
Claims (10)
1.一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，包括PLC控制器，控制屏，执行机构，测量装置和电源；
所述的PLC控制器的输入端连接测量装置的输出端，输出端经伺服模块连接执行机构控制端，执行机构输出端驱动有机工质汽轮机；
所述的测量装置用于测量有机工质汽轮机的转速实际值；
所述的控制屏与PLC控制器交互显示控制参数和控制状态；
所述电源用于为PLC控制器，控制屏和测量装置供电；
所述的PLC控制器用于根据转速实际值和转速设定值对有机工质汽轮机的转速进行PID控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，PLC控制器采用S7-200CPU224XP型PLC，设置有14个数字量输入测点、10个数字量输出测点、2个模拟量输出测点和1个模拟量输出测点。
3.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，控制屏采用SMART 700IE可组态触摸式显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，执行机构采用Nucom-NM40型电子执行器。
5.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，测量装置包括三个无源电磁式转速传感器，分别对应靠近有机工质汽轮机转轴连接的齿轮安装，通过检测齿轮上齿经过其磁极的移动输出对应有机工质汽轮机转速的频率输出信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，PLC控制器用于对测量装置输出端输出的三路频率输出信号进行选择和滤波得到有机工质汽轮机的转速实际值。
7.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，PLC控制器与上位机之间通过PC/PPI编程电缆连接，上位机端口味USB接口，PLC控制器端口为串行接口，使用RS232或RS485传输协议通信。
8.根据权利要求7所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，控制屏和上位机通过串行电缆连接；PLC控制器和控制屏通过串行接口连接，使用RS485传输协议。
9.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，PLC控制器的输入端还包括六个转速设定值输入端口，六个转速设定值输入端口按照设定值优先级从高到低依次连接远程设定值、同步设定值、超速试验设定值、转速设定提升值，转速设定降低值和启动设定值。
10.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统，其特征在于，PLC控制器输出端连接阀位限制器。
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| CN201820347355.1U CN208000503U (zh) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | 一种基于微处理器的有机工质地热发电汽轮机调速系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108279713A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-07-13 | 西安交通大学 | 基于微处理器的有机工质地热发电协调控制系统及方法 |
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2018
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