系统概述
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SY8000透平机数字电液调节器(SY8000 Digital Electric Hydraulic Control System,)是一种适应于透平机械的一体化嵌入式控制设备。主要用于小型单抽、纯凝、背压式热电联产或拖动型透平机械的控制。被控参数主要是机组转速、功率、压力等。小型智能透平控制器实时采集机组转速等运行的相关参数,经过适当的反馈调节计算后,通过伺服信号输出通道输出阀位控制信号,改变调节阀开度,最终维持机组被控参数在规定的范围内。
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SY8000透平机数字电液调节器基于高性能实时操作系统平台,最大控制周期不超过10ms,
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具有运算能力强、计算速度快,能满足透平机械实时响应等要求。同时采用可编程控制技术,具有灵活方便的组态修正特性,适合不同控制对象的需求,并有掉电数据保存功能。可选择配备操作员站或配备10寸LCD触摸屏作为图形化监视及操作画面。
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SY8000通过CE认证,满足如下指令:
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● 电磁兼容指令: 2004/108/EC
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● 低电压指令: 2006/95/EC
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系统组成
SY8000调节器由输入/输出信号,处理器,控制策略、操作显示监视以及通信接口等组成。
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输入/输出信号
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转速信号输入:
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3路,直接接收磁阻式测速传感器信号,信号范围0~10kHz,精度±1Hz。
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LVDT信号输入:
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2路,直接接收3线制 LVDT位置传感器信号,精度±0.5%。
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模拟量信号输入:
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3路,4~20mA输入,精度±0.1%。
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3路,4~20mA输入,精度±0.1%,可提供24V对外供电。
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开关量信号输入:
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12路,接收干接点信号输入,查询电压DC24V。
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模拟量信号输出:
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2路,阀门位置指令,4~20mA输出,精度±0.2%。
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2路,正负伺服电流信号输出,量程可为±10mA、±40mA、±80mA、±150mA,具备比例、积分和颤振输出功能。
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开关量信号输出:
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6路,继电器触点信号输出(常开触点), 触点容量:DC30V/1A。
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处理器
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采用1个PowerPC8247作为主CPU,3个Atmega128作为从CPU。运算速度快,性能优异,功耗低。
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控制策略
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控制策略通过以太网口下载到SY8000的控制内核中。
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即使在SY8000意外断电的情况下,其中的控制算法以及上位机数据都不会丢失,重新上电后可继续投入运行。
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对典型的抽汽式机组,控制周期能够满足10ms要求,运算负荷维持在20%以下,完全满足透平机控制系统要求。
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操作显示监视
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操作员站与SY8000通过以太网接口相连,实现操作显示及数据交换。或者通过自身所带的触摸屏实现操作显示及数据交换。
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通讯接口
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SY8000具备两个冗余的以太网口,与人机界面实现实时数据通讯,数据每500ms实时刷新一次。
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SY8000通过以太网口升级控制器内核以及控制策略组态。
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SY8000以RS-485接口形式提供1个Modbus接口,完成与外系统的数据通讯。
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电路原理
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SY8000中的每路AI通道配置独立的AD转换器;每路LVDT通道配置独立的信号调理器和AD转换器;每路AO通道配置独立的DA转换器, 每路伺服通道配置独立的DA转换器和调理器,转速通道采用专用高速CPLD进行实时采集。
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SY8000内部配置了多CPU协同并行工作,主CPU采用高性能的高档处理器PowerPC8247,基于实时操作系统的调度,处理复杂的控制策略,从CPU负责输入输出通道,伺服PID和超速保护回路均在从CPU中独立完成,以获得最快速的响应速度。
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控制原理
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SY8000接受人机接口发出的增、减指令,采集透平机的转速、功率、压力,此信号与SY8000的相应参数设定值信号进行比较,送入相应回路调节器进行偏差计算,PID调节,然后输出油动机的开度给定信号。此给定信号与现场LVDT油动机位置反馈信号进行比较后,输出伺服控制信号到电液伺服阀,控制油动机的开度,即控制调节阀的开度,从而控制机组转速、功率、压力等参数。
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应用对象
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SY8000调节器可以应用于热电机组、低温余热机组、生物质发电机组、汽轮鼓风机组、汽轮给水泵机组、船用主汽轮机组等场合。
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控制功能
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阀位标定(拉阀试验)
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在机组启动之前,进行高调门及低抽门阀位标定。整定伺服系统静态关系(拉阀试验),使油动机在整个全行程上均能被伺服阀控制。阀位给定信号与油动机升程的关系为:给定0~100%升程0~100%。
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就地启动/调门手动启动/曲线启动
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可根据不同的需求,选择就地启动、调门手动、曲线启动三种启动方式。选择曲线启动时,根据汽轮机启动时的本体温度状况,选择冷态、温态、热态、还是极热态曲线启动。
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转速控制
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机组在升速过程中,转速信号经三取二逻辑优选后,作为转速的反馈信号,调节器通过转速调节回路来控制
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机组的转速。升速时,操作人员可设置目标转速和升速率。进入临界区,自动超越和躲避。
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同期控制
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进入同期转速范围后,可进行同期操作,送出同期已投入状态触点至同期装置,根据同期装置发出的转速增、减脉冲来改变目标值。
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初始负荷功能
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机组并网后,为了防止机组逆功率运行,在机组并网后调节器自动加初负荷。
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阀位控制
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机组并网之后会自动进入阀位控制,阀位控制属于开环控制,运行人员可以直接输入负荷百分数来增加或减小机组所带负荷量。
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功率控制
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机组并网后,在功率信号通道没有故障的情况下可以按照实际需要投入功率控制,功率控制是以机组实际功率为反馈,通过PID调节高调门开度来控制机组负荷。
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一次调频控制
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机组并网后,为保证供电品质对电网频率的要求,可以投入一次调频功能。当机组转速在死区范围内时,频率调整输出为零,一次调频不动作。当转速在死区范围以外时,一次调频动作,频率调整给定按不等率随转速变化而变化。
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抽汽/补汽控制
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在机组并网稳定运行且带上一定电负荷后可投入抽汽控制,运行人员可设定抽汽压力目标值,通过抽汽压力反馈,控制抽汽阀的开度,以满足抽汽热负荷的需求。当机组带上一定负荷后可以投入补汽控制,通过控制补汽阀开度,以完成汽轮机的补汽控制。
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孤网控制
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当机组在单机或小网运行时,可以投入二次调频控制也称孤网运行。孤网运行时可以手动增减目标负荷,也可以通过二次调频功能自动增减负荷,维持机组转速在3000 r/min。
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遥控控制
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当机组并网后,调节器还可以接受外部控制指令,控制指令方式可为增减脉冲信号或4~20mA的模拟量信号。
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超速试验
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在汽轮机首次安装或大修时,需要验证超速保护的动作准确性,对每一种超速保护都进行试验验证。整个系统设置多道保护:103%超速试验、110%超速试验、机械超速试验。
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主汽门/调门严密性试验
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在机组启动之前,汽轮机转速达到设定转速的情况下,可分别进行主汽门/调门严密性
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试验,测试机组惰走时间,判断主汽门/调门是否严密。
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技术指标
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● 转速控制范围:
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4转/分~10000转/分,精度(±1转/分);
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● 负荷控制范围:
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0~115%,精度0.5%;
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● 转速不等率:
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3~6%连续可调;
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● 升速率控制精度:
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1转/分;
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● 甩额定负荷时转速超调量:
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5%额定转速;
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● 调节系统的迟缓率:
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≯0.06%;
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● 抽汽压力不等率:
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0~10%;
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● 系统平均无故障时间:
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MTBF>100000小时;
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● 系统可用率:99.9%;
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● 共模抑制比≥120dB,差模抑制比≥60dB;
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● 能接受与电气共用全厂接地网而不必设置专用接地网,接地电阻≤2Ω;
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● 供电:两路 DC24V(5A),±10%,冗余供电;
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● 最大功耗:带触摸屏型,小于40W;不带触摸屏型,小于30W;
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● 运行环境温度:带触摸屏型,-10℃~45℃;不带触摸屏型,-10℃~65℃;
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● 存储运输温度:-40℃~+85℃;
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● 相对湿度:10% RH~90% RH (不结露);
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操作简介
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开机显示SY8000的登录画面,输入用户名及密码后可进入SY8000的主画面
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● SY8000的监视及控制主画面,用于监视机组的控制状态及重要参数。
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● LVDT标定界面,对调门进行阀位标定和拉阀试验。
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● 控制参数界面,列有所有需要设置的控制参数,根据不同的权限可以在线进行调阅及修改。
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● 系统参数界面,设置AI(4~20mA输入)通道的量程及Modbus通讯接口的参数。
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● 通道状态界面,监视调节器所有I/O通道的数值及状态。
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● 试验界面,可以在机组启动前进行调门严密性试验及超速试验。
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外形尺寸
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侧面图 正面图
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开孔图 安装示意图
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信号接线
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注:带补汽控制的SY8000型号中,“遥控抽汽压力”,“抽汽压力”,“低抽门指令输出”这三个测点分别用“补汽门开度”,“补汽压力”,“补汽门指令输出” 三个测点替换。
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订货选型
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注:标准机柜的尺寸为2200mm (高) X 800mm(宽)X 600mm(深),颜色为RAL7035和RAL9005两种可选,内含两个AC220V/DC24V(5A)开关电源。工程师站和操作员站均配置时包含两台交换机。
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选型注意事项:
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1:带触摸屏的型号不能配操作员站
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2:两个油动机的型号不能带补汽控制
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有触摸屏、无机柜、无工程师站和操作员站
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无触摸屏、无机柜、有工程师站和操作员站
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无触摸屏、有机柜、有工程师站和操作员站
DCS与SY8000一体化设计
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机柜安装
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机柜背面的下方安装一根屏蔽接地铜排(和柜体绝缘)和一根保护接地铜排,SY8000的输入输出信号电缆的屏蔽层连接到屏蔽接地铜排,而SY8000的外壳(通过后盖板上的接地螺钉)以及柜体则连接到保护接地铜排,两个接地铜排各通过接地电缆(线径面积至少16平方毫米)引到电子设备间的汇流铜排处,保护接地和屏蔽接地汇总后,最后再通过一根母线(线径面积至少25平方毫米)与总的电气接地网相连。
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使用四个绝缘螺栓将机柜固定在底座上面,并在机柜和底座之间放置一块约5~10mm厚的绝缘垫,实现机柜与底座的绝缘。
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