〔摘要〕：PCC是計(jì)算機(jī)功能比PLC （可編程邏輯控制器）更為強(qiáng)大的一種可編程控制器，他可支持多個(gè)CPU同時(shí)工作并能實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)分時(shí)按優(yōu)先級(jí)運(yùn)行，因此編程簡(jiǎn)潔運(yùn)行快速，更適合實(shí)時(shí)控制的調(diào)速器的需要。本文介紹PCC 技術(shù)與《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換技術(shù)相結(jié)合，在水力發(fā)電廠電液調(diào)速器技術(shù)更新改造中的成功應(yīng)用。
〔關(guān)鍵詞〕：PCC 技術(shù)；步進(jìn)電機(jī)；絲杠螺母副；調(diào)速器；水電廠
0 前言
黑河象山水電廠采用的有壓隧洞供水，隧洞全長(zhǎng)500m，到廠房前分為叉管通向各臺(tái)機(jī)組。電廠共裝有SLD74 –LJ-140型水輪發(fā)電機(jī)組三臺(tái)：N＝3×6000KW，Hr＝44.15m，Qr＝15.77m/s，nr＝375r/min，配用YDT-3000型電液調(diào)速器。
為了提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，提高電廠的自動(dòng)化管理水平，2001 年10 月象山水電廠與南寧發(fā)電設(shè)備總廠（2001 年12月該廠的輔機(jī)部分已改制形成專業(yè)化公司—南寧瑞能處控技術(shù)有限公司）合作，采用PCC技術(shù)和《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換技術(shù)對(duì)象山水電廠3#機(jī)的YDT-3000型電液調(diào)速器進(jìn)行技術(shù)改造。改造工作于2001年10月18日完成，機(jī)組投入運(yùn)行前對(duì)調(diào)速器進(jìn)行了全面的靜、動(dòng)態(tài)性能驗(yàn)收試驗(yàn)，其性能指標(biāo)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求，隨后3# 機(jī)即投入商業(yè)運(yùn)行考驗(yàn)。
改造后的3# 機(jī)PCC微機(jī)調(diào)速器運(yùn)行情況一直很好，未見出現(xiàn)故障，運(yùn)行人員對(duì)其穩(wěn)定性和可靠性感到滿意。于是2002年6月象山水電廠再次與南寧瑞能處控技術(shù)有限公司合作， 完成了象山水電廠余下兩臺(tái)YDT-3000型電液調(diào)速器的改造。改造工作分別于2002年6月30日和7月16日先后結(jié)束，改造后的這兩臺(tái)PCC微機(jī)調(diào)速器運(yùn)行情況也都很好。
由于負(fù)荷調(diào)度的需要，象山水電廠三臺(tái)機(jī)組的起、停操作都比較頻繁，但三臺(tái)P CC微機(jī)調(diào)速器均能經(jīng)受住考驗(yàn)，正確可靠地工作未見出現(xiàn)故障。三臺(tái)調(diào)速器改造PCC 微機(jī)調(diào)速器后，其《PCC微機(jī)調(diào)節(jié)日歷》和《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/ 液變換裝置工作可靠性高，調(diào)速器的機(jī)械結(jié)構(gòu)也變得相當(dāng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性令人滿意，而且使用操作方便、維護(hù)工作量小，實(shí)現(xiàn)了中控室遠(yuǎn)方操作，滿足了象山水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。另外，由于取消了原來的控制套式電液轉(zhuǎn)換器，減少了調(diào)速器的耗油量，所以，油泵的啟動(dòng)次數(shù)也明顯減少。因此，我們認(rèn)為對(duì)象山水電廠YDT-3000型電液調(diào)速器所進(jìn)行的技術(shù)改造是成功的。
我們謹(jǐn)在這里將象山水電廠調(diào)速器改造的情況向讀者介紹，以便相互交流。
1 調(diào)速器改造的思路和方案
隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，電站對(duì)調(diào)速器的要求也愈加嚴(yán)格，不僅要求調(diào)速器的性能好，而且對(duì)其可靠性的要求也越來越高。同時(shí)，還提出了逐步實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守”的要求。因此，調(diào)速器產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，以及是否能與計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)相匹配等等，已經(jīng)成為用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。這是“時(shí)代”發(fā)展對(duì)調(diào)速器提出的要求，是一種合乎情理的要求。
象山水電廠的YDT-3000型電液調(diào)速器，應(yīng)該說其性能還是不錯(cuò)的，但限于技術(shù)發(fā)展的歷史原因，使其還存在著以下幾方面的弱點(diǎn)：
（1）其《YDT 調(diào)節(jié)器》屬模擬電路型，性能受電壓、溫度和時(shí)間這三種“漂移”的影響較大，電路也較復(fù)雜且難于調(diào)整，因此，對(duì)運(yùn)行維護(hù)人員的要求比較高。
（2.）由于調(diào)速器產(chǎn)品屬單件小批量生產(chǎn)（這是水電行業(yè)的通病），因此，其電子元器件的采購來源不夠穩(wěn)定，檢測(cè)、老化和篩選工作也不容易做到家，而且，單件小批量生產(chǎn)難以擺脫“手工作坊”式的生產(chǎn)模式。因此產(chǎn)品制造工藝水平低，至使產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性較差。
（3）調(diào)速器使用的“電/ 液變換裝置”是操作力小、對(duì)油污敏感、可靠性較低的常規(guī)“控制套”式電/液轉(zhuǎn)換器。這種“控制套”/ 液轉(zhuǎn)換器對(duì)加工精度、裝配調(diào)試人員的素質(zhì)，以及電站運(yùn)行維護(hù)水平的要求都比較高（據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于制造質(zhì)量和電站運(yùn)行維護(hù)等方面的原因，而由電/液轉(zhuǎn)換器引起的調(diào)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(jìn)的PCC技術(shù)和《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換技術(shù)對(duì)象山水電廠YDT-3000 型調(diào)速器進(jìn)行實(shí)質(zhì)性更新改造，借助外部廠商的專業(yè)化優(yōu)勢(shì)和性能優(yōu)良的電/液變換技術(shù)，來克服YDT-3000型調(diào)速器存在的不足，以達(dá)到提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，提高電廠的自動(dòng)化管理水平的目的。具體措施和做法是：
（1）采用全標(biāo)準(zhǔn)模塊式的《PCC 微機(jī)調(diào)節(jié)器》取代模擬電路型的《YDT調(diào)節(jié)器》以解決調(diào)速器產(chǎn)品制造工藝水平低、電氣性能不穩(wěn)定、可靠性差和難于調(diào)整等問題；
（2）配備通訊模塊以滿足電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控和通訊的需要；
（3）用帶反饋的《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換裝置取代原來的常規(guī)“控制套”式電/ 液轉(zhuǎn)換器，并借以重新構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而實(shí)用的調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)，以降低機(jī)械部分的故障率，提高調(diào)速器的安全可靠性；
（4）由于調(diào)速器的油壓裝置和接力器等部分運(yùn)行較為可靠不是問題所在，故予以保留繼續(xù)使用，以減少改造的工作量和節(jié)省改造費(fèi)用。
2 全標(biāo)準(zhǔn)模塊式的《PCC微機(jī)調(diào)速器》
可編程邏輯控制器（PLC）和可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC）都是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的新成果，是為工業(yè)控制之用而專門設(shè)計(jì)的，在世界范圍銷售并由專業(yè)廠商采用自動(dòng)化流水線大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)模塊式產(chǎn)品。因此，制造工藝水平高，質(zhì)量穩(wěn)定性好（無故障運(yùn)行時(shí)間PLC 可達(dá)30 萬小時(shí)，PCC 可達(dá)50 萬小時(shí)）。這些標(biāo)準(zhǔn)模塊使用方便，用戶只需根據(jù)要求自行選擇和配置模塊，并編自己的應(yīng)用程序即可。
PCC較之PLC具有更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)功能，可支持多個(gè)CPU 同時(shí)工作。它不但支持梯形圖編程，還可使用高級(jí)的C 語言編程。更重要的是能實(shí)現(xiàn)多任務(wù)分時(shí)按優(yōu)先等級(jí)的先后來運(yùn)行，因此程序簡(jiǎn)潔快速，更適合調(diào)速器實(shí)時(shí)控制的需要。
由于微機(jī)調(diào)節(jié)器是整個(gè)調(diào)速器的調(diào)節(jié)控制核心，是調(diào)速器安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵所在。因此，對(duì)于象山水電廠調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)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(yè)自動(dòng)化公司產(chǎn)品）來構(gòu)成，使這種《PCC 微機(jī)調(diào)節(jié)器》能夠成為一種“全標(biāo)準(zhǔn)可編程模塊”式的產(chǎn)品。
調(diào)節(jié)器能否實(shí)現(xiàn)“全可編程”，關(guān)鍵在于測(cè)頻功能能否“標(biāo)準(zhǔn)模塊”化。通常的PLC 模塊用于測(cè)頻時(shí)，由于其精度和響應(yīng)速度不能同時(shí)滿足要求，因此，市面上相當(dāng)一部分的PLC 微機(jī)調(diào)速器都不得不使用自制的測(cè)頻插件（這種插件成本也低），從而時(shí)其整機(jī)可靠性打了折扣。而對(duì)象山水電廠的調(diào)速器改造，由于我們應(yīng)用了PCC 技術(shù)，因此，就能夠利用B＆R公司高速（4MHz）數(shù)字
量I/O模塊，配合獨(dú)特的時(shí)間處理單元來完成“標(biāo)準(zhǔn)模塊”的直接高速高精度測(cè)頻，從而實(shí)現(xiàn)了主要電路無自制插件的設(shè)計(jì)思想，避免因使用工藝水平差的自制插件而造成“鞋底厚，鞋面薄”整機(jī)可靠性低的現(xiàn)象。
這種“全可編程”標(biāo)準(zhǔn)模塊式的《PCC 微機(jī)調(diào)節(jié)器》，只需將配置好的模塊插入和接好相應(yīng)的外部線路，并寫入“調(diào)速器應(yīng)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(cè)、老化、篩選、電路板的裝焊和調(diào)試等項(xiàng)工作，使調(diào)節(jié)器生產(chǎn)的關(guān)鍵工序基本擺脫了“手工作坊”式的生產(chǎn)模式，大大減少了人為因素影響，因此，調(diào)節(jié)器的產(chǎn)品質(zhì)量就比較穩(wěn)定可靠。再加上《PCC微機(jī)調(diào)節(jié)器》屬免維修型，所以對(duì)電站運(yùn)行維護(hù)人員的要求也大為降低，這就為調(diào)速器的安全可靠運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。
3 帶反饋的《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換裝置
“電/液變換裝置”是電液調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，但也是液壓控制系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。因此，要使改造調(diào)速器的整機(jī)可靠性高，除了在電氣方面采用PCC 技術(shù)進(jìn)行改造之外，還必須對(duì)YDT-3000型電液調(diào)速器中以常規(guī)“控制套”式電/ 液轉(zhuǎn)換器來構(gòu)成的液壓控制系統(tǒng)加以改造。
由于這種“控制套”式電/ 液轉(zhuǎn)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(jié)流孔和變節(jié)流孔都較小，因此對(duì)油污敏感容易卡澀，至使裝置可靠性較低。所以它就成為機(jī)械部分改造的主攻對(duì)象：我們用輸出力矩大且?guī)Х答伒摹恫竭M(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換裝置取而代之。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而適用的調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)，這對(duì)改善系統(tǒng)性能和提高調(diào)速器的可靠性都十分有利。為了適應(yīng)新的控制方式，原來的主配壓閥活賽結(jié)構(gòu)有所改變。
“變換裝置”中的步進(jìn)電機(jī)選用日本RORZE 公司的RM 型產(chǎn)品，并配以高品質(zhì)的進(jìn)口RD 驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)最大相電流為3A，輸出力矩13kgf.com（比原來電/液轉(zhuǎn)換器的十字彈簧剛度大數(shù)十倍）。而“絲杠螺母副”是經(jīng)過熱處理的精細(xì)傳動(dòng)偶件，配以直線式導(dǎo)電塑料精密電位器（軍品），用來準(zhǔn)確地反饋絲杠螺母副在調(diào)節(jié)過程中的實(shí)際位移，也可借以消除傳動(dòng)副的間隙，以及步進(jìn)電機(jī)可能出現(xiàn)的失步所造成的影響。
4 改造后調(diào)速器的特點(diǎn)及試驗(yàn)和運(yùn)行情況
4.1 調(diào)速器的特點(diǎn)
（1）配置“全可編程”標(biāo)準(zhǔn)模塊式的《PCC 微機(jī)調(diào)速器》；
（2）采用標(biāo)準(zhǔn)的B＆R高速數(shù)字量I/O模塊”完成容錯(cuò)殘壓測(cè)頻，實(shí)現(xiàn)變參數(shù)并聯(lián)PID 調(diào)節(jié)，因此，調(diào)速器具有優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)；
（3）備有“頻率”和“開度”兩種運(yùn)行模式供用戶選擇，運(yùn)行模式之間可無擾動(dòng)地任意切換；
（4）設(shè)有不同運(yùn)行水頭下機(jī)組的最優(yōu)開機(jī)規(guī)律和高水頭時(shí)自動(dòng)限制機(jī)組最大出力的功能；
（5）采用液晶《顯示設(shè)定單元》作為人機(jī)對(duì)話工具。將數(shù)據(jù)監(jiān)視、參數(shù)設(shè)定和報(bào)警顯示等集于一身。參數(shù)顯示和修改直觀準(zhǔn)確，并有防止和自動(dòng)效正誤操作的功能；
（6）配備通訊模塊，滿足電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控和通訊的需要；
（7）為了保證PCC 微機(jī)調(diào)節(jié)器的可靠工作，采用了高質(zhì)量的進(jìn)口開關(guān)電源模塊和交直流電源兩路供電互為備用的工作方式；
（8）采用了大力矩帶反饋的《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電/液變換裝置；
（9）采用電氣輸出通過“電/液變換裝置”直接控制主配壓閥動(dòng)作的結(jié)構(gòu)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(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)通道上的大量中間環(huán)節(jié)，也取消了大量機(jī)械杠桿傳動(dòng)（唯一的一根杠桿僅用于機(jī)械開限并不參與自動(dòng)調(diào)節(jié)）。
以上這些實(shí)質(zhì)性的改造措施，使得PCC 微機(jī)調(diào)速器具有系統(tǒng)簡(jiǎn)潔適用、轉(zhuǎn)速死區(qū)小、響應(yīng)敏捷、調(diào)節(jié)穩(wěn)定可靠、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單和操作使用方便的特點(diǎn)。
4.2 試驗(yàn)和運(yùn)行情況
象山水電廠三臺(tái)機(jī)的YDT-3000 調(diào)速器在改造工作完成之后，都進(jìn)行了全面的靜、動(dòng)態(tài)性能驗(yàn)收試驗(yàn)，其性能指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。現(xiàn)將三臺(tái)PCC微機(jī)調(diào)速器的主要試驗(yàn)結(jié)果摘錄整理如下表：
說明：在甩負(fù)荷試驗(yàn)中由于受壓力上升的限制而未能把接力器關(guān)閉時(shí)間調(diào)快，因此機(jī)組轉(zhuǎn)速上升略偏高（仍滿足調(diào)保計(jì)算要求）。
三臺(tái)機(jī)組的調(diào)速器經(jīng)過全面的靜、動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)之后又分別進(jìn)行了七十二小時(shí)負(fù)載運(yùn)行試驗(yàn)均未見異常。三臺(tái)機(jī)中得3#機(jī)PCC 微機(jī)調(diào)速器于2001 年10 月18日，1#、2# 機(jī)PCC 微機(jī)調(diào)速器分別于2002 年6 月和7月16日都陸續(xù)投入商業(yè)運(yùn)行。
由于負(fù)荷調(diào)度的需要，象山水電廠三臺(tái)機(jī)組的起、停機(jī)操作都比較頻繁，但三臺(tái)PCC 微機(jī)調(diào)速器均能經(jīng)受住考驗(yàn)，正確可靠地工作，未見出現(xiàn)故障，其運(yùn)行穩(wěn)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(zhuǎn)換器減少調(diào)速器的耗油量，使調(diào)速器油泵的啟動(dòng)間隔時(shí)間由原來的15~20分鐘延長(zhǎng)至90~110 分鐘，啟動(dòng)次數(shù)明顯減少，這對(duì)延長(zhǎng)“油泵—電動(dòng)機(jī)”及其控制設(shè)備的壽命和減少廠用電的消耗都帶來好處。
5 結(jié)語
經(jīng)過較全面的性能試驗(yàn)和象山水電廠連續(xù)一年多的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)表明，黑河象山水電廠和南寧瑞能自控技術(shù)有限公司對(duì)YDT-3000 調(diào)速器所進(jìn)行的技術(shù)改造是成功的。這種采用PCC 技術(shù)和《步進(jìn)電機(jī)—絲杠螺母副》式電／液變換技術(shù)的微機(jī)調(diào)速器不僅可以滿足新的電站的配套需要，也為眾多電站調(diào)速器的技術(shù)更新改造提供了一種新的簡(jiǎn)捷而經(jīng)濟(jì)的途徑。
作者：唐曉刁 愛娟 黑龍江省黑河象山水電廠
