FX2N可編程控制器在筒閥同步控制中的運(yùn)用
| 摘要]本文介紹了水輪機(jī)圓筒閥的發(fā)展歷史及其在運(yùn)用實(shí)踐中顯現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)，分析了圓筒閥接力器運(yùn)行過(guò)程中不同步的原因，介紹了采用可編程控制器技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步的原理及運(yùn)用方法。 [關(guān)鍵詞] 筒閥、接力器的同步、比例閥、閉環(huán)反饋控制、電液隨動(dòng) 1、概述 水輪機(jī)筒閥由法國(guó)NEYRPIC公司于1962年用于真機(jī)以來(lái)，通過(guò)一些中小水輪機(jī)的應(yīng)用實(shí)踐，逐步得到了完善。到1979年加拿大當(dāng)時(shí)******的水電站LG-2，16臺(tái)出力為338.5MW的大型混流式水輪機(jī)采用了圓筒閥之后，它的應(yīng)用開(kāi)始引起各國(guó)的注意，許多優(yōu)點(diǎn)得到公認(rèn)。因此，被越來(lái)越多的水電站采用。它的主要優(yōu)點(diǎn)有：1、安裝在固定導(dǎo)水葉與活動(dòng)導(dǎo)水葉之間，同安裝在蝸殼前的球閥、蝶閥相比，縮短了整個(gè)廠房的縱向長(zhǎng)度，降低了工程造價(jià)；2、密封性更好，能有效抑制了導(dǎo)葉漏水對(duì)導(dǎo)葉的磨損。3、開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間短，能更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)對(duì)水電廠快速開(kāi)機(jī)的要求并能有效地防止事故情況下的機(jī)組過(guò)速。4、能消除機(jī)前閥門(mén)進(jìn)出口處的收縮和擴(kuò)散段伸縮節(jié)的附加水力損失。5、圓筒閥啟閉為直線運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉時(shí)可根據(jù)水壓上升率調(diào)整關(guān)閉速度。而在圓筒閥的應(yīng)用實(shí)踐中如何保證多只接力器的同步成為筒閥控制的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。下面就這一問(wèn)題闡述應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步的原理和方法。 2、筒閥的結(jié)構(gòu)及同步機(jī)構(gòu)原理 傳統(tǒng)的解決同步問(wèn)題的主要方法采用接力器驅(qū)動(dòng)鏈條同步，在筒閥圓周盡可能多地均勻布置多支液壓接力器，每支接力器動(dòng)桿（活塞）下端連接固定在閥體上，活塞上下運(yùn)動(dòng)可以驅(qū)動(dòng)閥門(mén)啟閉。各活塞的同步移動(dòng)有由可逆?zhèn)鲃?dòng)的滾動(dòng)螺旋副實(shí)現(xiàn)，它是在活塞上固定的一只滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的螺母，螺母連接傳動(dòng)絲桿，當(dāng)活塞上下移動(dòng)時(shí)絲桿做正反旋轉(zhuǎn)，絲桿上端連接齒輪將筒閥的垂直運(yùn)動(dòng)變?yōu)辇X輪的旋轉(zhuǎn)，齒輪帶動(dòng)鏈條一起連動(dòng)其它接力器的齒輪同速旋轉(zhuǎn)并反作用于其絲桿而實(shí)現(xiàn)多只接力器的同步。此同步方案的缺點(diǎn)在于：1）、直徑大的筒閥將布置數(shù)量較多的接力器，增加整個(gè)系統(tǒng)的投資。2）、接力器油缸進(jìn)油口無(wú)調(diào)節(jié)能力，均由調(diào)定的節(jié)流閥控制流量，接力器運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)控制沒(méi)有按調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的隨動(dòng)性。3）、鏈條同步對(duì)發(fā)生異步的的油缸矯正能力差，易發(fā)生鏈條張力矩過(guò)載甚至拉斷，導(dǎo)致筒閥啟閉失敗。4）、由于油缸進(jìn)油量由節(jié)流閥調(diào)整固定，筒閥只能定速啟閉，喪失了筒閥直線運(yùn)動(dòng)可按程序指定啟閉速度進(jìn)行啟閉的優(yōu)勢(shì)。 3、采用PLC輸出控制比例閥液壓隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步 此方案采用接力器直接驅(qū)動(dòng)筒閥并控制其同步，滾動(dòng)螺旋副和鏈傳動(dòng)的同步機(jī)構(gòu)可以取消或作為輔助同步手段和保護(hù)措施。另外，接力器本身不需再設(shè)緩沖裝置，緩沖功能由PLC控制程序實(shí)現(xiàn)。采用本方案與傳統(tǒng)的同步控制系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)：1）、可以靈活地改變（修改控制程序）閥門(mén)關(guān)閉開(kāi)啟的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使之更符合機(jī)組運(yùn)行之需要。例如：當(dāng)事故緊急停機(jī)調(diào)速器主配拒動(dòng)而需快速關(guān)閉筒閥是時(shí)，為了即快速又不致使蝸殼及壓力鋼管水壓上升率過(guò)高可采用分段關(guān)閉的控制規(guī)律。2）、可以取消機(jī)械同步機(jī)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化控制操作機(jī)構(gòu)從而精簡(jiǎn)筒閥的整體結(jié)構(gòu)，節(jié)省機(jī)坑內(nèi)空間，改善運(yùn)行維護(hù)條件。3）、減少操作執(zhí)行組件數(shù)量，降低工程造價(jià)。4）、利用計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方監(jiān)控提供堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)控制和數(shù)據(jù)采集單元。 3.1控制系統(tǒng)基本原理 該系統(tǒng)主要由硬件和控制軟件兩部分組成，其中硬件部分包含可編程控制器（本方案PLC選用三菱公司的FX2N-80MT）及其配套的A/D模塊、通訊模塊、接力器行程測(cè)量組件（選用磁感應(yīng)高精度、高速脈沖輸出）、信號(hào)功率放大板、液壓比例閥、電源、操作開(kāi)關(guān)、按鈕以及信號(hào)燈等組成；其系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖一所示。軟件由三菱公司配套可在WINDOWS下編程的FXGP-WIN-C開(kāi)發(fā)而得。系統(tǒng)的基本控制策略如下：整個(gè)系統(tǒng)可視為以位移量偏差為負(fù)反饋的閉環(huán)電液隨動(dòng)系統(tǒng)，在多只接力器不同步的情況下，以其中一只為基準(zhǔn)，在給定的啟、閉規(guī)律基礎(chǔ)上按經(jīng)典PI控制算法，產(chǎn)生控制量作用到液壓比例閥上，液壓比例閥控制油流量大小校正發(fā)生的不同步的偏差以保證各油缸的同步運(yùn)行，其基本控制原理框圖如圖二所示。 3.2各部分工作元器件特性 3.2.1控制運(yùn)算部件PLC及其各功能模塊 PLC（FX2N-80MT）是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部件，其豐富齊備的控制運(yùn)算指令、優(yōu)越的性能、現(xiàn)場(chǎng)編程調(diào)試的方便已成為實(shí)現(xiàn)各種控制的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備。其主要性能指標(biāo)有：運(yùn)算速度： 0.08uS/步(基本指令)， 1.52uS—數(shù)100uS(應(yīng)用指令)；用戶(hù)程序內(nèi)存容量：16K，系統(tǒng)程序內(nèi)存容量：8K；應(yīng)用指令：128種 298個(gè)；輸入口：5組每組8個(gè)，其中高速記數(shù)口8個(gè)（X000—X007）；響應(yīng)速度：8個(gè)點(diǎn)合計(jì)小于等于20KHZ，自帶電源容量：24V600mA；輸入電源：AC/DC170V—250V。各功能模塊：1）模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD：用于接收壓力傳感器輸出的4-20mA電流信號(hào)，將其變 |
