工控机的工业系统应用

1. 双微机调速器系统配置布局、特点
作为水轮发电机组的两大基础调节系统之一的调速器控制系统，在水电站的应用中不仅起着频率控制调节作用同时也担负着机组系统保护的功能。微机调速器以其灵活强大的数据处理能力越来越多的参与到发电机组尤其是水机系统的保护中。作为基础调节控制系统，水电站对其控制调节的可靠性、适应性、速动性、平稳性、可维护性、边界调节稳定、综合保护功能等均提出了高要求，而双微机调速器控制系统则很好的解决了这些问题。
HGS-220型微机调速器其电气控制装置是双微机、双通道控制系统。装置采用上下位分层计算机控制系统，下位机是采用各自独立的两套完整的工业控制计算机系统，如上图所示。下位机是装在一个标准的工业壁挂式机箱内，使用台湾研华公司的IPC6806S标准工业壁挂式机箱。该套控制系统采用研华公司基于ISA/PCI总线技术的半长型工业PCA6740主板。配置2M的闪存电子盘作为存贮磁盘，外配工业用的72针脚8M内存条。标准RS232C接口通讯。
上位机是一台工业触控液晶电脑PPC-105T，主要用于系统管理、调试仿真录波、对外通讯管理，作为人机界面HMI（Human machine interface）硬件。
软件采用BorlandC++开发的应用软件。模块化设计，结构严谨、科学合理，有单独的信号查询窗口，利于调试维护。
系统采用四路数字测频方式，双模块工作，互为备用，模拟量输入采用专业信号隔离调理模块ADAM3014。

2. 双微机热备用
整个控制系统在采用双微机独立调节中，采用双通道热备用方式，也就是双通道并联运行方式。双套系统一套独立作主机运行通道输出参与系统控制，另一套系统热备运行但输出并不进入后向控制系统回路。与冷备用相比，热备用从根本上解决了主/备方式下的切换及判断所带来的一系列问题，系统的可靠性更高，而该装置从信号采集运算输出判别等方面也解决了热备用的技术难题：双通道输出的一致性问题。使双机切换达到可喜的无扰动切换。
3. 协联调节特性及前馈传感器调节
水轮机导叶和桨叶的协联是大型轴流转桨式机组的最大运行优势，其配合的精确性和稳定性是直接引响到电站运行的经济效益。数字协联的最大优势是协联跟踪精确、数字拟合功能使曲线不再是单独的简单曲线，这种全自动的协联在IPC的调节器中，模型机的曲线经过高次函数插值法配合高精度的功率变送器反馈完成了机组最佳协联点的综合选取。发电机组调速器调节通常是按照开度调节完成稳定发电控制，通过LCU的泛pid调节完成发电任务的。该型微机调速器另采用精确的功率变送器与LCU精确同步采样功率反馈信号，可以完成现地调速器纯功率发电控制和与LCU通讯纯功率控制，更加有利于尤其是大型发电机组或在电网络中占比重要求高的电站，克服目前大型电站LCU在完成AGC/AVC调节时出现的调节速度瓶颈及欠调、超调等制约AGC/AVC根本功能的缺陷问题，完全实现网电调度一体化。
4. 调节控制模块化软件编制、分类交互窗口、控制品质、分析保护功能、故障界面处理及常规维护
模块化的规则软件编制和运用程序的交互通讯，使得运用软件程序在功能控制、分级管理、人机信息交互查询和维护管理方面都十分友好完善，外加随机的一套调速器试验录波软件，十分有利于机组的调试维护档案规整管理。有单独的IO量窗口、模拟量窗口、硬件检测窗口、故障量窗口、内部参数动态运行窗口及单独的参量调试整定窗口。
特别亮点：该型微机调速器一改传统调速器的开环开机控制，采用与GE公司调速器相同的机组闭环开机控制功能。传统开环开机控制是机组快速开出等待机组频率上升至45Hz后走完机组开机流程后，调节器再根据额定频给进入正常PID调节控制。闭环开机也是机组迅速脱离低转速区域，机组开机流程在机组转速30Hz后即根据模型曲线给定机组运转频率，进入PID调节环节，使机组稳定而又迅速的调节到额定频率，起到保护水轮机组的作用，优化了电厂开机流程使机组迅速并网发电，机组开机不会频率超调和波动现象。
自闭环功率控制：由于系统采用了高精度的功率传感器，实时采样发电系统出口端真实功率信号，再引入自动水头调速器不但完成了准确的纯功率调节控制且使电站发电达到最大的经济效益。系统在维护管理员工程师级提供各种针对电站特殊工况的设定控制模式，现地频率、开度和功率调节控制模式。
5. 调节器系统优化调试
调节系统的静态调试环节中信号匹配和整定须按照双微机控制系统特点进行微调节，在保证双机切换无扰动原则下，使机组稳定运行。机组空转运行态，IPC调速器在精确控制中的人性化设计调节控制既达到了空转稳定控制又使机组更加利于系统快速并网发电。有效平衡减少了水力不平衡自激振荡作用对机组空转造成的频率波动，由于调速器空转工作状态中加入了固定并网偏差频率差值，使得调速器在空载态的调节工况下可以与网频有一个固定偏差，有固定的滑差角及适合的频率差，机组比起常规数字调速器调节可以更快迅速并网。录制机组空载扰动试验品质参数调整，选取最优运行参数。
动态试验适应性调整，机组调速器在投运现场是一直处于发电态，调速器除了正常的调节控制外，在机组发电系统故障的情况下，还要起到更多保护功能，尤其是水机部分的保护和调速器的联系比较密切。电站处在不同的电网和在电网中的作用地位，也决定了调速器是否需要更加完善的保护功能，随着厂网的分离，对中大型机组的调速器的调节运行模式和附加功能都提出了很高的工作要求，IPC调速器的频率调节模式、开度调节模式和功率调节模式是互相自动跟踪的，并能根据电网或波动自行进行模式功能且换，超过正常频率发电范围调节器自动对机组调整频率使系统输出频率趋于正常值，回归正常后也能自动回归到设定调节模式。
对电站机组发电的有效控制，电网的要求是越来越高了，尤其是较大一点的机组，不但要求迅速开机发电，并且也要求电站机组对电网给定的发电突变值迅速、稳定、可靠的调节到位，这不光是对电站AGC/AVC的能力考验，同时也是对后级两大基础控制调节系统的调节品质考验。林津滩电站的监控系统和调速器系统均采用国外的控制系统产品（监控和调速器是GE公司提供），电站系统在设计时即要求监控有完备的AGC/AVC，电站投运在调节AGC时不是欠调就是超调，做了多个方案后也未能如意完成AGC功能应用。其缺陷正是调速器调节系统不能很好的对LCU的给定值进行闭环调节所致。调速器对发电机出口完成系统自闭环控制调节是电站完成AGC的一个重要系统辅助功能。现场功率调节对系统采样信号源要求一致，调节控制缓冲周期随机组的水头、转轮惯性和与LCU的PID控制死区和调节随动性能。开度控制和功率控制随动切换调节的边界稳定性能也对系统能否良好完成系统负荷变化起着关键的作用。开度调节根本就无法完成现代电网对电站的AGC/AVC控制的要求，系统很难完成适应宽幅的功率、电压控制。而具有纯功率控制的调速器控制系统，则电站监控系统实现AGC/AVC控制就能有很多种控制选择方案。
总之强大的微机处理功能和调节控制能力及针对发电机组保护功能的完备科学的成熟方案。是现代型成熟微机调速器的发展应用重点。随着电站运行的人性化管理和电网－电站控制调节一体化深入，微机调速器必然越来越朝着系统化综合化发展。