浅析PCC水轮机调速器与PCC励磁及应用

浅析PCC水轮机调速器与PCC励磁及应用

袁西德

（四川明星股份有限公司四川遂宁629000）

摘要：可编程计算机控制器（简称PCC）同时兼顾了可编程控制器（PLC）高可靠性以及PC机所具有的大容量以及高速性，尤其是其可以实现多任务的分时操作。通过PCC进行调速器与励磁的研发具有较高的可靠性，能够确保相应指标达到国际标准。总的说来，PCC水轮机调速器以及PCC励磁装置具有比较好的应用前景。本文主要介绍PCC水轮机调速器和PCC励磁及应用方面的内容，希望能够对相关人士有所帮助。

关键词：PCC水轮机调速器；PCC励磁；应用

引言

可编程控制器（简称PLC）具有非常多的优点，包括可靠性高、设计具有针对性、软硬件具有简单易学等等，从而使得PLC在水电站控制方面的应用越来越广泛。随着PLC应用越来越广泛，工业PC机因为所具有的高速性以及大容量也得到了各方的青睐。然而，多数调速器厂家都采用了常规PLC，它们都是面向硬件仿真的，采用程序扫描运行方式。这种方式占用CPU的时间多，运行效率低。另外，水轮机调速器具有特殊性，采用常规PLC，必须由调速器制造厂家附加很多电路，这必将使调速器整机的可靠性受到限制。天津市科音自控设备有限公司生产的YWCT-10×4/25-4.0-ZF（四喷嘴）数字阀PCC调速器是将诸多功能集成于可编程计算机控制器（PCC）内，配以数字阀随动系统构成的高可靠性的冲击式水轮机调速器，有效结合了PLC和PC两种机型的优点而制造的一代全新机组辅机管控设施。

1PCC所具有的特征

可编程计算机控制器（简称PCC）是建立在传统PLC控制功能以及工业PC分时多任务操作系统基础之上而建立起的综合性控制器，其不但具有PLC的高可靠性，同时也有PC容量大、速度快等特征。

（1）PCC最显著的特征为拥有大体积电脑的分时任务操控程序，此和PLC单任务时钟扫描模式具有实质上的差别。PCC利用分时多任务系统所形成的软件平台可以有效控制操作系统的循环周期，将其和外部控制周期相区别，进而满足即时控制的需要。此外，该种控制周期能够在计算机计算能力准许的状况下依据用户的现实需要加以更改。

（2）PCC的应用系统包含多个任务板块，可以根据实际项目不同内容、性能等的需求（比如通讯管理、信息采集、报警、PID调节运算等）编制具有针对性的控制程序。这些模块不但能够独立运行，同时在数据之间还具有相互的关联性，能够同时下载到PCC的CPU当中，这样更加有利于项目应用软件的开发。

（3）PCC可以实现不同类型的应用软件设计风格，不但可以采取传统的梯形图编程，同时能够通过高级语言来编写复杂的程序。

（4）PCC具有多种便捷的远程通信解决计划，其程序不但可以支持CANbus、PROFIbus、ETHERNET等现场总线协议亦或标准网络协议，另外还能够为使用者供给构建自定义协议的串行通讯帧驱动器。如此PCC便能够科学处置PLC难以解决的通信问题，进而达成多种产品、多种通讯协议间地联系。

2PCC水轮机调速器及应用

（1）PCC水轮机调速器的构成

图1PCC调速器调速器组成情况

通常状况下，由于PCC调速器硬件有比较显著地可靠性为此通常运用单机架构，然而也能够依照用户的实际需求供给双机结构。调速器主要包括如下几部分，分别为：RS485/RS422接口模块IF321、2路模拟量输出模块AO352、用于与监控系统进行通讯的RS232接口模块IF311、4路模拟量输入模块AI354、10路开关量输入模块DI138、PP41控制器等等。其中PP41控制器是最为主要的部分，能够提供2个备用模块扩展槽、10路开关量输入接口X2、8路晶体管输出接口X3、PC机开发PCC程序所用的接口RS232、远距离网络通讯用CAN现场总线接口等等，如图1所示。

（2）测频方面的问题

第一，对于水轮机调速器来说，测频是调速器的计算基础和根本，是最为主要的前置环节，测频方面出现故障就会造成调速器的崩溃。所以为了有效提升测频可靠性，需要加强PLC本体测频精度和实时性的控制。对于IPC调速器的测频来说，某些还是采取单片机的方式来进行，但是此种方式的可靠性相对较差，可能由于操作系统受到病毒感染、重启或者死机等造成不便。PCC调速器的测频时钟为6.3MHz，而普通单片机或者IPC的测频时钟在1-4MHz，所以相对于其他类别的调速器而言，PCC调速器的测频精准度更高。

第二，因为PCC调速器残压测频硬件接口回路中仅具有方波整形亦或正弦波隔离，为此无需加以分频。而且PCC测频所检测的是方波提升沿间的时长，此也有效避免了传统计算机测频因为正弦波信号不对称所造成的分频情况。所以相比于传统计算机测频来说，PCC测频有效提升了测频的实时性。另外，在PCC的齿盘测频接口回路中，为了保证与传统计算机测频的精准度相一致，为此分频的频次也减小了一倍，换言之把实时性提升了1倍。

第三，主要从以下几方面能够体现出PCC调速器测频的稳定性。首先，残压测频不用实施分频，方波构成回路较为单一、稳定；其次，6.3MHz的计数时钟属于PCC的内部时钟，具有较强的可靠性，不用进行外部硬件回路的制作；最后，具有3路机频测量回路（残压2路、齿盘1路），通过软硬件的互为备用来确保测频的可靠性。

（3）PCC水轮调速器的现场应用

PCC水轮机调速器已经成功应用到了我国很多水电站的机组当中，例如福建黄塘甲水电站、广东英德波罗水电站等等。水轮调速器在实际应用过程中所表现出来的整机特性会受电机转换器的形式、电液随动系统构成等因素的重大影响。在同类型系统方案中来对于PCC调速器和PLC调速器可知，PCC调速器的整机可靠性和PLC调速器相当，但是PCC调速器的静态动态性能指标要远远的强于PLC调速器。

3PCC励磁及应用

（1）PCC励磁调节器的构成

第一，正常情况下，PCC励磁调节器运用的均是单机结构，然而也能够依照用户的现实需要提供双机机构。对于采取单机机构的励磁调节器来说，常常会提供80C196的微机手动调节通道。励磁调节器的硬件设施具体包含：1个用来和监视模板进行连接的RS485PRS422接口模块IF321或者RS232接口模块IF311，2个四通道数字量输出模块DO135、1个4路模拟量输入模块AI354、PP41控制机、1个10路开关量输入模块DI138。此外，PP41的内部提供10路开关量输入接口X2、8路晶体管输出接口X3、PC机开发PCC程序所用的接口RS232、远距离网络通讯用CAN现场总线接口等等。

第二，从上述内容可知，PCC励磁调节器在硬件配置方面和PCC调速器是比较相似的，区别就在于将调速器的AO352模数转换模块替换成了励磁的DO135用于移相触发的数字量输出模块。此外，双方均运用的是PP41控制器程序，而且系统调节用编程程序、人机界面用组态软件均运用的是一体化系统程序。运用同样的工作系统更有利于与计算机监视接口和通讯进行组网，另外也有助于用户选取机组的辅助性产品。（2）软件移相方面的实现

第一，在微机励磁发展过程中为了可以提高调节器的稳定性，更多采用的是PLC励磁。从现阶段来看，绝大部分可编程励磁装置都是利用PLC来进行励磁操作、数字给定以及PID调节，但是这些操作都对CPU的运行效率有很高的要求，对于此些对实时性有较高要求的效能便难以依托PLC本体来达成。

第二，移相触发是励磁调节器的最终结果，同时也是PLC的最大难点，实现起来非常困难。现阶段PLC励磁最为常用的就是将PLC的调节输出通过外部模拟电路（例如TC787或线性集成电路）转换成为触发脉冲。励磁调节器中最为重要的部分就是移相触发，在实现移相触发功能方面PCC具有PLC无法可比的先天优势，只要利用PCC的TPU功能就可以方便的进行移相触发，同时具有较好的可靠性。移相触发的触发角和同步点相关，并且为频率的函数，所以通过对频率加以检测来确立同步信号点，然后便可以得到触发角。

第三，因为进行频率测量、确定同步信号以及触发脉冲等等都是在高速任务中进行的，为此可以保证调整过程的即时性。此外，PP41控制机的晶振为6.3M，能够有效确保系统的调节精度。同时，相对于传统PLC外部模拟电路触发方式来说，PCC采取的是内部软件的触发效能，如此能够让自制外部回路数量减少，进而大幅提高系统的稳定性，便于进行系统维护。

（3）PCC励磁的现场应用

PCC励磁调速器已经成功应用到了我国很多水电站的机组当中，例如四川交脚河水电站、云南挖窖河水电站等等。现阶段同步发电机励磁大多采用的是自并激励磁的形式，经过对PCC励磁自并励磁产品的实验可知，其相对于一般的微机励磁来说具有非常高的可靠性，并且静态和动态性能要明显的高于PLC励磁。

4结束语

本文分别介绍了PCC水轮机调速器以及PCC励磁方面的内容以及应用情况，通过本文的介绍能够对我国PCC水轮调速器和PCC励磁发展提供一定的参考。

参考文献：

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作者简介：

袁西德（1970.12-）男，四川遂宁人，本科，电力工程师，主要从事电力自动化方面工作。