〔摘要〕：PCC是計算機功能比PLC （可編程邏輯控制器）更為強大的一種可編程控制器，可支持多個CPU同時工作并能實現多個任務分時按優先級運行，因此編程簡潔運行快速，更適合實時控制的調速器的需要。本文介紹PCC 技術與《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換技術相結合，在水力發電廠電液調速器技術更新改造中的成功應用。
〔關鍵詞〕：PCC 技術；步進電機；絲杠螺母副；調速器
0 前言
黑河象山水電廠采用的有壓隧洞供水，隧洞全長500m，到廠房前分為叉管通向各臺機組。電廠共裝有SLD74 –LJ-140型水輪發電機組三臺：N＝3×6000KW，Hr＝44.15m，Qr＝15.77m/s，nr＝375r/min，配用YDT-3000型電液調速器。
為了提高機組運行的穩定性和可靠性，和提高電廠的自動化管理水平，2001 年10 月象山水電廠與南寧發電設備總廠（2001 年12月該廠的輔機部分已改制形成專業化公司—南寧瑞能處控技術有限公司）合作，采用PCC技術和《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換技術對象山水電廠3#機的YDT-3000型電液調速器進行技術改造。改造工作于2001年10月18日完成，機組投入運行前對調速器進行了全面的靜、動態性能驗收試驗，其性能指標達到了國家標準要求，隨后3# 機即投入商業運行考驗，隨后對余下的2臺進行了改造。
由于負荷調度的需要，象山水電廠三臺機組的起、停操作都比較頻繁，但三臺PCC 微機調速器均能經受住考驗，正確可靠地工作未見出現故障。三臺調速器改造成PCC微機調速器后，其《PCC微機調節器》和《步進電機—絲杠螺母副》式電/ 液變換裝置工作可靠性高，調速器的機械結構也變得相當簡單，運行的穩定性和可靠性令人滿意，而且使用操作方便、維護工作量小，實現了中控室遠方操作，滿足了象山水電廠計算機監控系統的要求。另外，由于取消了原來的控制套式電液轉換器，減少了調速器的耗油量，所以，油泵的啟動次數也明顯減少。因此，我們認為對象山水電廠YDT-3000型電液調速器所進行的技術改造是成功的。
1 調速器改造的思路和方案
隨著科學技術的日益發展，電站對調速器的要求也愈加嚴格，他們不僅要求調速器的性能好，而且對其可靠性的要求也越來越高。同時，還提出了逐步實現“無人值班，少人值守”的要求。因此，調速器產品質量的穩定性和可靠性，以及是否能與計算機監控技術相匹配等等，已經成為用戶關注的焦點。
象山水電廠的YDT-3000型電液調速器，其性能還是不錯的比較優越，但原還存在著以下幾個方面的弱點：
1.1 其《YDT 調節器》屬模擬電路型，性能受電壓、溫度和時間這三種“漂移”的影響較大，電路也較復雜且難于調整，因此，對運行維護人員的要求比較高。
1.2 由于調速器產品屬單件小批量生產，因此，其電子元器件的采購來源不夠穩定，檢測、老化和篩選工作也不容易做到家，而且，單件小批量生產難以擺脫“手工作坊”式的生產模式。因此產品制造工藝水平低，至使產品質量的穩定性和可靠性較差。
1.3 調速器使用的“電/ 液變換裝置”是操作力小、對油污敏感、可靠性較低的常規“控制套”式電/液轉換器。這種“控制套”/ 液轉換器對加工精度、裝配調試人員的素質，以及電站運行維護水平的要求都比較高（據統計，由于制造質量和電站運行維護等方面的原因，而由電/液轉換器引起的調速器的故障可占道20%~25%）。
基于以上分析，我們改造思路是：采用先進的PCC技術和《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換技術對象山水電廠YDT-3000 型調速器進行實質性更新改造，借助外部廠商的專業化優勢和性能優良的電/液變換技術，來克服YDT-3000型調速器存在的不足，以達到提高機組運行的穩定性和可靠性，和提高電廠的自動化管理水平的目的，具體措施和做法是：
1.3.1 采用全標準模塊式的《PCC 微機調節器》取代模擬電路型的《YDT調節器》以解決調速器產品制造工藝水平低、電氣性能不穩定、可靠性差和難于調整等問題；
1.3.2 配備通訊模塊以滿足電站計算機監控和通訊的需要；
1.3.3 用帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置取代原來的常規“控制套”式電/ 液轉換器，并借以重新構成一個結構簡潔而實用的調速器液壓控制系統，以降低機械部分的故障率，提高調速器的安全可靠性；
1.3.4 由于調速器的油壓裝置和接力器等部分運行較為可靠不是問題所在，故予以保留繼續使用，以減少改造的工作量和節省改造費用。
2 全標準模塊式的《PCC微機調速器》
可編程邏輯控制器（PLC）和可編程計算機控制器PCC）都是計算機技術在工業控制領域的新成果，是為工業控制之用而專門設計的，在世界范圍銷售并由專業廠商采用自動化流水線大規模生產的標準模塊式產品。因此，制造工藝水平高，質量穩定性好（無故障運行時間PLC 可達30 萬小時，PCC 可達50 萬小時）。這些標準模塊使用方便，用戶只需根據要求自行選擇和配置模塊，并編自己的應用程序即可。但PCC較之PLC具有更強大的計算機功能，可支持多個CPU 同時工作。它不但支持梯形圖編程，還可使用高級的C 語言編程。更重要的是能實現多任務分時按優先等級的先后來運行，因此程序簡潔快速，更適合調速器實時控制的需要。
由于微機調節器是整個調速器的調節控制核心，是調速器安全可靠運行的關鍵所在，因此，對于象山水電廠調速器的微機調節器，我們決定全部采用比PLC 具有更高檔次得2000系列PCC 模塊（奧地利B＆R工業自動化公司產品）來構成，使這種《PCC 微機調節器》能夠成為一種“全標準可編程模塊”式的產品。
調節器能否實現“全可編程”，關鍵在于測頻功能 “標準模塊”化。通常的PLC 模塊用于測頻時，由于其精度和響應速度不能同時滿足要求，因此，市面上相當一部分的PLC 微機調速器都不得不使用自制的測頻插件（這種插件成本也低），從而使其整機可靠性打了折扣，而對象山水電廠的調速器改造，由于我們應用了PCC 技術，因此，就能夠利用B＆R公司高速（4MHz）數字
量I/O模塊，配合獨特的時間處理單元來完成“標準模塊”的直接高速高精度測頻，從而實現了主要電路無自制插件的設計思想，避免因使用工藝水平差的自制插件而造成整機可靠性低的現象。
這種“全可編程”標準模塊式的《PCC 微機調節器》，只需要將配置好的模塊插入和接好相應的外部線路，并寫入“調速器應用程序”即可使用。這就免去了大量而重要的電子元件的采購、檢測、老化、篩選、電路板的裝焊和調試等項工作，使調節器生產的關鍵工序基本擺脫了“手工作坊”式的生產模式，大大減少了人為因素影響，因此，調節器的產品質量就比較穩定可靠。再加上《PCC微機調節器》屬免維修型，所以對電站運行維護人員的要求也大為降低，這就為調速器的安全可靠運行提供了堅實的硬件基礎。
3 帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置
“電/液變換裝置”是電液調速器液壓控制系統的關鍵，但也是液壓控制系統中最薄弱的環節。因此，要使改造調速器的整機可靠性高，除了在電氣方面采用PCC 技術進行改造之外，還必須對YDT-3000型電液調速器中以常規“控制套”式電/ 液轉換器來構成的液壓控制系統加以改造。
由于這種“控制套”式電/ 液轉換器操作力小（十字彈簧剛度僅未400/mm），加上其控制套配合間隙、以及定節流孔和變節流孔都較小，因此對油污敏感容易卡澀，至使裝置可靠性較低。所以它就成為機械部分改造的主攻對象：我們用輸出力矩大且帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置取而代之。在結構設計時，由于采用了將“電/ 液變換裝置”直接座落在主配壓閥上的方案，故而得以重新構成一個結構簡潔而適用的調速器液壓控制系統，這對改善系統性能和提高調速器的可靠性都十分有利。為了適應新的控制方式，原來的主配壓閥活賽結構有所改變。
“變換裝置”中的步進電機選用日本RORZE 公司的RM 型產品，并配以高品質的進口RD 驅動器，步進電機最大相電流為3A，輸出力矩13kgf.com（比原來電/液轉換器的十字彈簧剛度大數十倍）。而“絲杠螺母副”是經過熱處理的精細傳動偶件，配以直線式導電塑料精密電位器（軍品），用來準確地反饋絲杠螺母副在調節過程中的實際位移，也可借以消除傳動副的間隙，以及步進電機可能出現的失步所造成的影響。
4 改造后調速器的特點及試驗和運行情況
4.1 調速器的特點
4.1.1 配置“全可編程”標準模塊的《PCC 微機調速器》；
4.1.2 采用標準和B＆R＂高速數字量I/O模塊＂完成容錯殘壓測頻，實現變參數并聯PID 調節，因此，調速器具有優良的靜、動態調節品質；
4.1.３備有“頻率”和“開度”兩種運行模式供用戶選擇，運行模式之間可無擾動地任意切換；
4.1.４設有不同運行水頭下機組的最優開機規律和高水頭時自動限制機組最大出力的功能；
4.1.５采用液晶《顯示設定單元》作為人機對話工具，將數據監視、參數設定和報警顯示等集于一身，參數顯示和修改直觀準確，并有防止和自動效正誤操作的功能；
4.1.６配備通訊模塊，滿足電站計算機監控和通訊的需要；
4.1.７為了保證PCC 微機調節器的可靠工作，采用了高質量的進口開關電源模塊和交直流電源兩路供電互為備用的工作方式；
4.1.８采用了大力矩帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置；
4.1.９采用電氣輸出通過“電/液變換裝置”直接控制主配壓閥動作的結構方式，而變換裝置和接力器的行程反饋均取用“電氣量”，因此，得以省去自動調節信號通道上的大量中間環節，也取消了大量機械杠桿傳動（唯一的一根杠桿僅用于機械開限并不參與自動調節）。
以上這些實質性的改造措施，使得PCC 微機調速器具有系統簡潔適用、轉速死區小、響應敏捷、調節穩定可靠、運行維護簡單和操作使用方便的特點。
4.2 試驗和運行情況
象山水電廠三臺機的YDT-3000 調速器在改造工作完成之后，都進行了全面的靜、動態性能驗收試驗，其性能指標均達到國家標準的要求。現將三臺PCC微機調速器的主要試驗結果摘錄整理如下表：
說明：在甩負荷試驗中由于受壓力上升的限制而未能把接力器關閉時間調快，因此機組轉速上升略偏高（仍滿足調保計算要求）。
三臺機組的調速器經過全面的靜、動態性能試驗之后又分別進行了七十二小時負載運行試驗均未見異常，三臺機中得3#機PCC 微機調速器于2001 年10 月18日，1#、2# 機PCC 微機調速器分別于2002 年6 月和7月16日都陸續投入商業運行。
由于負荷調度的需要，象山水電廠三臺機組的起、停機操作都比較頻繁，但三臺PCC 微機調速器均能經受住考驗，正確可靠地工作，未見出現故障，其運行穩定性和可靠性令人滿意。另外，由于取消了原來的“控制套”式電液轉換器減少調速器的耗油量，使調速器油泵的啟動間隔時間由原來的15~20分鐘延長至90~110 分鐘，啟動次數明顯減少，這對延長“油泵—電動機”及其控制設備的壽命和減少廠用電的消耗都帶來好處。
5 結語
經過較全面的性能試驗和象山水電廠連續一年多的實際運行考驗表明，黑河象山水電廠和南寧瑞能自控技術有限公司對YDT-3000 調速器所進行的技術改造是成功的。這種采用PCC 技術和《步進電機—絲杠螺母副》式電／ 液變換技術的微機調速器不僅可以滿足新的電站的配套需要，也為眾多電站調速器的技術更新改造提供了一種新的簡捷而經濟的途徑。
作者： 劉德文 毛樹輝 黑龍江省黑河市象山水電廠
