微機電液調速器的製作方法
2023-04-27 16:48:06 1
專利名稱：微機電液調速器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬調節系統類。是一種適應性較強的通用型調速器，適用於不同形式的水輪發電機組。
國外大約於1982年開始研製這種電液調速器，至1986年已能提供產品。例如法國NEYRPIC公司研製的DIGIPID型微機調速器於1983年10月投入工業試驗，採用的是PID調節規律，到1986年年底，還是試驗裝置在運行。瑞典ASEA公司研製的FRV13型微機調速器是基於MASTERPIECE可編程控制器的基礎上的。還有挪威KB公司也研製了微處理器型的電液調速器，但主調節系統仍是模擬式的，僅導葉和槳葉之間的協聯關係採用了微處理器。
國內大約於1984年前後開始研製微機調速器，最早是華中工學院研製的單調節式變參量微機調速器，採用了TP801單板機，但只是樣機通過鑑定，1987年南京自動化所研製的調速器通過鑑定，但不是整機，液壓系統是法國NEYRPIC公司產品。
1987年，由湖南省水利水電科研所和武漢市儀表工業聯合公司共同研製的電液隨動系統在黃常水電站投入運行，其核心部件「環噴式電液伺服閥」申請發明專利，已於1987年3月公開。在1987年8月還被授予發明銅牌獎。
本實用新型的目的是研製一種通用型微機調速器，可適用於不同形式的水輪發電機組進行各種手動或自動操作和運行，同時，還可以直接與上位計算機連接，實現電站自動化。
本實用新型包括微機速度調節器和電氣液壓隨動系統兩部分。微機速度調節器由微型計算機板、輸入輸出接口組件、16位碼盤輸入組件、頻率測量組件、數字靜止給定組件、A／D轉換組件、D／A轉換組件、光隔組件、功放組件、限幅放大組件、時間組件、繼電器組件、保護組件、顯示組件等組成。這樣全部採用電子組件、數字碼盤調整，比一般模擬式調速器直觀、易於用戶掌握、調試、運行和維護。
電氣液壓隨動系統由限幅放大組件、直流功放組件、電液轉換器、液壓放大器、主配壓閥、主接力器、位移傳感器、機械手動機構組成。
以下結合
本實用新型的工作原理。
圖1是微機電液調速器原理框圖。
圖2是電氣液壓隨動系統原理框圖。
圖3是限幅放大組件原理圖。
圖4是頻率測量組件原理圖。
圖5是16位碼盤輸入組件原理圖。
如圖1所示，微機速度調節器的核心是微型計算機板(1)，其次是微型機與外部信號輸入輸出的接口組件(8)，整定各種參數的16位碼盤輸入組件(2)以及與液壓系統構成接力器位置調節的模擬組件(6)、(7)、(13)、(14)。
水輪發電機和電力系統的頻率測量採用了頻率測量組件(11)完成。其工作原理是在被測頻率的一個周期時間內，統計一個標準信號源發出的脈衝數，並經緩衝器與微機數據線相連。
發電機頻率(轉速)給定和功率給定採用了8位數字靜止給定組件(12)。數字給定組件輸出是二進位數字量，其數值可以採用開關把手進行增減，也可以從8根數據輸入線直接設置。
功率、導葉接力器的開度、槳葉接力器的開度和上下遊水位等的模擬量是由8位A／D轉換組件(3)、16位光隔組件(4)所構成的A／D轉換器來完成檢測，模數轉換並送入計算機。
下面簡單說明微機調速器的工作原理。
發電機的頻率由頻率測量組件(11)進行數字檢測，並將所檢測的數字量輸送到微型計算機板(1)，微型計算機按照16位碼盤輸入組件(2)所整定的bp、E和PID參數，8位數字靜止給定組件(12)所給定的頻率、功率給定值，以及由A／D轉換器(3)、(4)轉換為數字量的各個反饋量進行PID運算，運算結果通過16位輸出光隔組件(9)輸出，並由12位D／A轉換組件(6)轉換為模擬量，去控制導葉的液壓隨動系統。在具有雙重調節的微機速度調速器中，微型計算機(1)還根據當時的導葉開度值和當時的水頭高度(由碼盤輸入組件(2)設定，也可以由水位測量儀器實測並通過A／D轉換器(3)、(4)輸入)，按照協聯曲線，通過光隔輸出組件(9)輸出一槳葉開度值，由8位D／A轉換組件(7)轉換為模擬量，去控制槳葉的液壓隨動系統。
在微機調速器中還設置了16路輸入光隔組件(5)作為各種操作開關量輸入，以確定微型計算機按何種程序運行。保護組件(17)是為了確保水輪發電機安全運行。在微機運行不正常時，保護組件(17)能向微型計算機發出啟動脈衝，迫使微型計算機恢復正常工作。如連續三次發出啟動脈衝仍不能使微型計算機恢復正常工作時，保護組件(17)上的兩個電磁繼電器開始動作。繼電器中一副轉換接點將微機的導葉輸出切斷，並轉接至數字靜止給定組件(12)經D／A轉換組件(7)轉換為模擬量的功率給定迴路，以確保發電機功率不變，另一副轉換接點則將槳葉液壓隨動系統的控制從微機切換到手動電位器控制，此外還有一副觸點發出微機故障信號。繼電器組件(16)作為發電機轉速繼電器，動作值n1＜35％，n2＜80％，n3＝90％，n4＞115％，n5＞140％，數值可根據用戶要求修改。LED顯示組件(10)是一四位數字的顯示組件，可顯示頻率、轉速(百分數)、頻率給定值和功率給定值(百分數)。
電氣液壓隨動系統如圖2所示，由限幅放大組件(13)、直流功放組件(14)、電液轉換器(18)、液壓放大器(19，即引導閥和輔助接力器)、主配壓閥(20)、主接力器(21)、位移傳感器(23)、機械手動機構(24)等組成。其作用是將微機速度調節器的位置輸出信號線性地轉換成主接力器的位移。在由手動操作時，則將手動導葉(或槳葉)開度調節信號轉換成相對應的主接力器位移。
如圖3所示，限幅放大組件由雙運算放大器電路IC1、IC2，場效應管T，穩壓管W1～W6，二極體Z1～Z4，電位器VR1～VR7，小型開關K及部分電阻、電容組成。
如圖4所示，頻率測量組件由運算放大器IC1，光電耦和器IC3，與非門IC2，單穩態多諧振蕩器IC4，D觸發器IC5、IC6，與門IC7，反相器IC8，4位同步計數器IC9～IC12，八緩衝器IC13、IC14，二極體Z1～Z3，以及一些電阻和電容組成。
如圖5所示，16位碼盤輸入組件由拔碼盤(在圖中由虛線畫出)、八緩衝器IC1、IC2，或門IC3，以及一些電阻電容組成。
本實用新型的特點是1、與水輪發電機組自動控制裝置、可控矽勵磁調節裝置、發電機組參數監測裝置一樣採用了同一種系列的電子組件。
2、具有完備的人機接口，PID參數、永態轉差率、人工失靈區、水頭模擬等參數均採用數字碼盤調整，操作方便。
3、頻率給定、功率給定、開度限制等單元採用了數字靜止給定組件，這些組件可以直接與計算機數據線連接，消除了電機和電位器給定裝置的電接觸器件。
4、裝置設有在線自檢、自啟動和自動切換功能，在微型計算機出現故障時，可以自動切換到手動迴路。
5、微機調速器採用了查表式的電氣協聯，可以根據用戶需要在現場編制電氣協聯曲線，曲線點數多，數值精確。
6、微機調速器不僅在計算機軟體內設有開度限制，且在外部硬體上設有開度限制，防止了計算機故障時，開限失效。
7、系統應用軟體完全採用模塊化結構，設計有最佳起動程序和智能化調節程序。這兩個程序都採用了智能的邦－－邦控制與PID控制相結合的方法，既達到了最快速的動態響應和穩態精度，又避免了超調和響應太慢。
8、採用具有較強抗油汙能力的新型環噴式電液伺服閥，確保了調速器的運行可靠性。
9、採用了新的液壓系統，取消了機械回復的槓桿機構，從而結構簡單，操作運行方便。
10、設有專用故障診斷程序，可以診斷到每一塊組件。
11、機械開度限制和機械手動操作機構合在一起，機械手動運行時，手輪指針轉到某一指示開度，接力器即走到相應的位置，操作非常方便直觀。
12、具有可靠的機械分段關閉裝置。
權利要求1.一種微機調速器，其電氣液壓隨動系統主要由直流功放組件(14)、電液轉換器(18)、液壓放大器(19)，主配壓閥(20)、主接力器(21)、位移傳感器(23)、機械手動機構(24)組成，本實用新型的特徵在於微機調節器由微型計算機板(1)、16位碼盤輸入組件(2)、輸入輸出控制組件(8)、頻率測量組件(11)、數字靜止給定組件(12)，A/D轉換組件(3)、D/A轉換組件(6)、(7)，光隔組件(4)、(5)、(9)、功放組件(14)、限幅放大組件(13)、時間組件(15)、繼電器組件(16)、保護組件(17)、顯示組件(10)構成。
專利摘要本實用新型是用於水輪發電機組的調速器，主要包括電氣液壓隨動系統和微機調節器。微機調節器主要由微型計算機板、碼盤輸入組件、輸入輸出控制組件，頻率測量組件、數字靜止給定組件、A/D、D/A轉換組件、光隔組件、功放組件、限幅放大組件組成。電氣液壓隨動系統主要由直流功放組件、電液轉換器、液壓放大器、主接力器、位移傳感器、主配壓閥和機械手動機構組成。可實現不同形式的水輪發電機組手動或自動開、停機作業，單機時轉速調節；併網後功率、頻率調節等。
文檔編號G05D13/60GK2046238SQ89203779
公開日1989年10月18日 申請日期1989年4月5日 優先權日1989年4月5日
發明者鍾業柱, 高風, 徐茹枝, 胡江 申請人:機械電子工業部北京機械工業自動化研究所