專利名稱：數字式大型水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水輪機調速控制裝置，尤其是一種數字式大型水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)。
背景技術：
我國大部分水電站所配備的都是機械液壓型、電液型或微機型水輪機調速器。隨著控制理論和計算機技術的高速發(fā)展，水輪機調速器的研究工作得到了不斷發(fā)展?，F(xiàn)在占主導地位的微機調速器的模式為微機調節(jié)器+電液隨動系統(tǒng)。由于有微機技術作支持，水輪機控制策略得到了廣泛的研究，控制策略從以往的PI型控制，逐漸發(fā)展成PID、變能數PID，自適應控制、自完善控制、魯棒控制、預測控制、變結構控制、非線性控制等。這些控制策略在不同程度上改善了調節(jié)系統(tǒng)的性能，其目的是提高水輪機組運行的可靠性，改善調節(jié)器品質和性能。這是從控制方式上的改進設計。
水輪機調速器中，電液隨動系統(tǒng)實現(xiàn)功率放大，位置信號跟隨，手動操作，緊急停機等功能，它主要包括電液轉換器，主配壓閥，接力器，機械位移反饋部件，手動、自動功換部件，開度限制機構，緊爭停機部件，手動操作部件等。運行經驗表明，電液轉換是調速器最薄弱的環(huán)節(jié)，卡阻，斷線等故障經常發(fā)生。長期以來，電液轉換器采用的是動圈力馬達—隨動活塞結構，由于動圈所接受的控制信號只是數十至數百毫安的弱電信號，因此其電磁操作力十分有限，如最大不超過數百克，隨著使用過程中油液清潔度的降低，會時刻受到閥芯卡澀的威脅，進而引起整個液壓系統(tǒng)動作異常，以致失控。由于受設計、生產制作、現(xiàn)場施工、使用維護等諸多方面因素的制約，我國目前這類液壓執(zhí)行機構的使用效果大都不理想，尤其是其中電液轉換器的耐油污能力比較差，對工作環(huán)境的要求很高，從目前水電行業(yè)施工與運行維護條件來看，是難以保證其工作可靠性的。電液轉換器的輸入端與調速控制器的輸出端相連，其輸出端與執(zhí)行機構主配閥，接力器相連，由調速器經電液轉換器調節(jié)主配閥開度，控制水輪機轉速和輸出功率。為了提高機組運行的安全可靠性，防止意外或人為事故的發(fā)生，對機組調速器加裝安全保護機構，限制閥芯開度是保證水力發(fā)電機組安全運行的必要措施。在以往的生產實踐中，曾有廠家生產過純機械式水輪機調速器開度限制器。它通過手輪轉動其絲桿螺母，經絲桿螺母的直線位移來阻擋引導閥的行程，實現(xiàn)開度限制。這種開度限制機構只可“就地”操作，不可“遠方”控制。如果要實現(xiàn)“遠方”控制就必須增加電機驅動器，并配套一臺蝸輪減速器和離合器，制造繁瑣，可造性和控制精度差，維護非常不便。同時，沒有實時調節(jié)開度的功能，即不能實現(xiàn)邊開邊限和邊關邊限功能。
以上幾項分別從電氣控制，液電轉換，機械開度限制等幾方面對水輪發(fā)電機組的運行調節(jié)進行了改進設計，其目的是一致的，就是要不斷提高機組運行的安全、可靠性以及經濟性。
然而，對于大型水輪發(fā)電機組(主配閥徑＞80mm)而言，單一的前述技術是難以滿足其安全和可靠要求的。00259624.5號中國專利了一種水輪機電液調速器的液壓執(zhí)行機構，該專利在機利要求3和7中，對水輪機調速器中電液隨動系統(tǒng)的一些部件提出了冗余設計?！八龅臄底珠y組、插裝閥組包括有成雙通道冗余聯(lián)接、并控制主接力器向開側快速移動的數字閥及與之對應聯(lián)接的插裝閥；有成雙通道冗余聯(lián)接、并控制主接力器向關側快速移動的數字閥及與之對應聯(lián)接的插裝閥；有控制主接力器向開側或關側作中低速移動的數字閥?！?見00259624.5機利要求)，該發(fā)明“還包括有成雙通道冗余聯(lián)接、并控制主接力器向關側快速移動的由普通電磁換向閥組成的緊急停機閥組，緊急停機閥組中的普通電磁換向閥與所述的控制主接力器向關側快速移動的插裝閥聯(lián)接”(見00259624.5號專利權利要求7)。不過這些僅僅只限于部份機械構件和輔助部件的冗余設計，對水輪機組的安全運行所起作用是有限的。
本發(fā)明的目的是提供一種用于大型水輪發(fā)電機組上的全數字式微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，它不僅在電液轉換系統(tǒng)上具有可相互無擾動自動切換的主輔兩組裝置，在電氣控制上具有可相互無擾動自動切換的主輔兩套調節(jié)器，而且具有當雙機構出現(xiàn)部分模塊故障時，可以容忍兩個單機的不同名模塊故障(容錯)，交叉構成正常整機，使調速器能正常工作之功能，如此以確保大型水輪發(fā)電機組安全運行。

發(fā)明內容
所說調速器包括調節(jié)器和電液隨動系統(tǒng)，電液隨動系統(tǒng)包括電液轉換器、主配閥、停機閥、先導閥、液壓閥、操作機構、機械反饋機構、開度限制機構、位置傳感器以及導葉接力器各部件，調節(jié)器的信號輸出端與電液隨動系統(tǒng)的各信號控制端相連，電信號經電液隨動系統(tǒng)轉換和功率放大后，控制導葉接力器的位移從而控制導葉開度，其特征是所說調速器包括一個自動調節(jié)主通道和一個自動調節(jié)輔通道兩大部分，自動調節(jié)主通道包括兩冗余連接的微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B以及一個機械液壓系統(tǒng)主通道，自動調節(jié)輔通道包括一個微機調節(jié)器C和一個機械液壓輔通道/機械(電氣)手動機構；微機調節(jié)器A、B、C的數據端口、控制端口均徑MB+網絡通訊總線連接在一起，微機調節(jié)器A、B的信號輸出端口同時經切換開關與機械液壓系統(tǒng)主通道中的切換閥以及比例伺服閥的控制端口相連；微機調節(jié)器C的一組信號輸出端口與機械液壓系統(tǒng)輔通道/機械(電氣)手動機構中的隨動滑閥的控制端口相連。本發(fā)明所述調速器是主配壓閥以上并聯(lián)自動主/輔雙通道式結構，自動主通道為成熟的具有適應式變參數PID調節(jié)規(guī)律的、具有各自獨立的CPU、I/O通道和電源的雙調節(jié)器(A和B)(調速柜內)+比例伺服閥/FC20000閥為核心構成的數字式電液調速器。自動輔通道為微機調節(jié)器C(調速器控制柜內)+交流伺服電機/控制閥+FC20000配壓閥、具有適應式變參數PID調節(jié)規(guī)律的獨立微機調節(jié)器；具有純機械手動和電氣機械手動功能。
在自動主通道工作時，自動輔通道不影響自動主通道的工作，但跟蹤自動主通道，其導葉接力器調節(jié)目標值與自動主通道完全一致，可實現(xiàn)主/輔通道的無擾動切換。
獨立的雙PLC冗余調節(jié)器，雙機交叉冗余容錯設計方案，在不增加硬件開銷的條件下，用通信和軟件構成交叉冗余雙PLC控制結構，具有較強的容錯能力，使當雙機均出現(xiàn)部分模塊故障時，可以容忍兩個單機的不同名模塊故障情況(容錯)，交叉構成正常整機，使調速器能正常工作，從而真正實現(xiàn)雙機冗余容錯結構，進一步提高調速器的可靠性。


圖1為本發(fā)明電氣控制部分原理框2為機械液壓系統(tǒng)原理框圖。
具體實施例方式
微機調節(jié)器自動調節(jié)主通道+機械液壓系統(tǒng)自動調節(jié)主通道實施方式1>.自動主通道微機調節(jié)器自動調節(jié)主通道1的控制核心采用可獨立工作的雙PLC，具有適應式變參數PID的調節(jié)規(guī)律，可編程控制器(微機調節(jié)器A在圖1中的標號為5和微機調節(jié)器B在圖1中的標號為6)采用Schneider公司Quantum可編程控制器，CPU型號為140CPU43412A型，字長32位，主頻66MHz，安裝在調速柜內。每一個微機調節(jié)器都有獨立的CPU、I/0通道、傳感器、測頻和電源機械液壓系統(tǒng)自動調節(jié)主通道由BOSCH比例伺服閥13、緊急停機電磁閥16、手動緊急停機閥17、GE FC20000閥(以上部件由GE公司成套供貨)、事故配壓閥和導葉分段關閉閥等組成。
切換閥13位于“主通道”位置比例伺服閥控制油送至FC20000閥輔助接力器控制腔(大腔)，F(xiàn)C20000閥輔助接力器小腔由壓力油供油。
自動主通道工作時，自動輔通道的微機調節(jié)器C通過MB+網絡通訊11(MODBUS PLUS)總線跟蹤主通道微機調節(jié)器A/微機調節(jié)器B的狀態(tài)和數據，以實現(xiàn)自動主通道/輔通道之間的無擾動切換。
2>.自動輔通道微機調節(jié)器自動調節(jié)輔通道+機械液壓系統(tǒng)自動調節(jié)輔通道；微機調節(jié)器自動調節(jié)輔通道的控制核心(微機調節(jié)器C在圖1中的標號為7)，具有適應式變參數PID的調節(jié)規(guī)律，采用Schneider公司Premium系列—TSX P57303可編程控制器，安裝在調速器控制柜，取不同于調速柜的電源，當調速柜的電源故障時，仍能正常工作。
機械液壓系統(tǒng)自動調節(jié)輔通道12由交流伺服電機、控制閥、緊急停機電磁閥、手動緊急停機閥、FC20000閥、事故配壓閥18、導葉分段關閉控制閥19和導葉機械反饋20等組成；交流伺服電機控制的位移與取至接力器的機械反饋位移相比較，構成機械液壓隨動系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)自動調節(jié)，兼具機械液壓手動功能。它對油質的要求低于機械液壓系統(tǒng)自動調節(jié)主通道。交流伺服電機與步進電機相比，具有是數字控制、自帶旋轉編碼器構成位置環(huán)、動態(tài)響應快和無失步問題等優(yōu)點切換閥位于“輔通道”位置，控制閥由微機調節(jié)器C和交流伺服電機和機械反饋控制，其控制油送至FC20000閥輔助接力器控制腔(大腔)，F(xiàn)C20000閥輔助接力器小腔由壓力油供油。
自動輔通道工作時，自動主通道的微機調節(jié)器A/微機調節(jié)器B通過MODBUSPLUS網跟蹤輔通道微機調節(jié)器C的狀態(tài)和數據，以實現(xiàn)自動輔通道/主通道的無擾動切換。
(3).手動調節(jié)通道1>.電氣手動電氣導葉開度限制環(huán)節(jié)實現(xiàn)電氣手動控制，由微機調節(jié)器A或微機調節(jié)器B實現(xiàn)；電氣導葉開度限制增減操作現(xiàn)地(調速柜開關按鈕)/遠方(電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，模擬信號)。
并網運行電氣導葉開度限制值位于與運行水頭相適應的最大開度，并可接受電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號。
如機組甩負荷，立即使電氣導葉開度限制控制導葉接力器關閉至與運行水頭相適應的空載開度附近。
電氣導葉開度/開度限制指示表(調速柜面板上)，-1～120％，雙指示型。
2>.純機械(液壓)手動和電氣機械(液壓)手動手動控制的機械液壓通道由機械手輪(交流伺服電機)、控制閥、緊急停機電磁閥、手動緊急停機閥、FC20000閥、事故配壓閥、導葉分段關閉控制閥和導葉機械反饋等組成，它也是機械液壓系統(tǒng)自動調節(jié)輔通道。比例伺服閥控制油被切斷，控制閥由壓力油供油，與導葉接力器機械反饋一起實現(xiàn)純機械(液壓)手動操作功能，用手輪操作。為了便于運行和檢修人員操作，用微機調節(jié)器C和交流伺服電機(安裝在調速器控制柜內，取不同于調速柜的電源)控制機械導葉開度給定，可在現(xiàn)地(調速器控制柜的開關按鈕)/遠方(電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，模擬信號)對機械導葉開度控制給定實現(xiàn)電氣控制；同時，能方便、可靠地實現(xiàn)自動工況到機械手動工況的無擾動切換，且在機械手動工況時，若機組甩負荷，能滿足將導葉關閉到與運行水頭相適應的空載開度附近的要求。
在調速器控制柜面板上設機械手動/電氣機械手動切換開關、和指示表；(4).工作方式切換各種方式間可實現(xiàn)無擾動切換。
自動主通道/輔通道主通道雙機之間切換；主通道故障自動切到輔通道；調速柜上的自動主通道/輔通道切換開關；自動/手動調速柜上的自動/手動切換開關，可切到調速控制柜工作；電氣手動/機械(液壓)手動調速器控制柜上的電氣手動/機械(液壓)手動切換開關，可實現(xiàn)手動方式切換。
微機調節(jié)器自動調節(jié)主通道雙機(微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B)交叉冗余容錯原理說明(1)獨立的雙PLC冗余控制器1>.全冗余雙PLC控制器CPU、輸入模塊、輸出模塊、傳感器、測頻單元、電源均為冗余結構，主要是“主機/熱備”功能。
2>.微機調節(jié)器自動調節(jié)主通道采用兩個獨立的PLC控制器(微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B)，通過現(xiàn)場總線MODBUS PLUS實現(xiàn)雙機狀態(tài)和數據一致；3>.每一個PLC控制器(微機調節(jié)器A或微機調節(jié)器B)與相應的機械液壓系統(tǒng)等相配合，均能獨立實現(xiàn)全部控制功能和保證達到全部調節(jié)性能要求；
4>.當雙機(微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B)之一故障時，可發(fā)出故障信號并自動、無擾動地切換到正常機工作，故障機可在線更換模塊、檢修；(2)雙機交叉冗余容錯在不增加硬件開銷的條件下，用通信和軟件構成交叉冗余雙PLC控制結構，具有較強的容錯能力，可以容忍兩個單機的不同名模塊故障情況(容錯)，交叉構成正常整機，使調速器能正常工作，從而真正實現(xiàn)雙機冗余容錯結構，進一步提高調速器的可靠性。
1>.將單個調節(jié)器(微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B)劃分成下列功能模塊F模塊(FA、FB)---頻率測量模塊I模塊(IA、IB)---開關量輸入模塊O模塊(OA、OB)---開關量輸出模塊D模塊(DA、DB)---模擬量輸出模塊A模塊(AA、AB)---模擬量輸入模塊C模塊(CA、CB)---通信模塊模塊正常時為1，故障為0。例如F4＝1，表明微機調節(jié)器A的頻率測量模塊正常；記模塊變量為MY(X)，Y＝A或B，則變量X可為F、I、O、D A和C。
2>.CA＝CB＝1是交叉冗余的必要條件，若CA*CB＝0，則為獨立雙機冗余結構。ПMA(X)＝FA*IA*OA*DA*AA＝1表明微機調節(jié)器A各模塊工作正常。
ПMB(X)＝FB*IB*OB*DB*AB＝1表明微機調節(jié)器B各模塊工作正常。
ПMA(X)＝0表明微機調節(jié)器A中，至少有一個模塊工作不正常；ПMB(X)＝0表明微機調節(jié)器B中，至少有一個模塊工作不正常；3>.微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B通過MODBUS PLUS網，實時交換數據，使兩者數據狀態(tài)共享，且完全一致。
4>.雙機(微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B)整機切換(獨立雙機)
ПMA(X)＝1，ПMB(X)＝1?？扇藶樵凇癆”、“B”機間切換，使其中任一機為主機，另一機為輔機；若ПMA(X)＝0，ПMB(X)＝1，則自動切到微機調節(jié)器B機工作。
微機調節(jié)器A為主機，ПMA(X)＝1，ПMB(X)＝0，表明微機調節(jié)器A正常，微機調節(jié)器B至少有一個模塊不正常，此時，無法由微機調節(jié)器A切至微機調節(jié)器B；反之亦然。
5>.雙機(微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B)交叉構成正常工作機CA＝CB＝1，滿足交叉冗余的必要條件。
微機調節(jié)器A為主機，如出現(xiàn)ПMA(X)＝0，ПMB(X)＝0(表明微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B均至少有一個模塊不正常)，但MA(X)+MB(X)|X＝F，O，I，D，A＝1(表明微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B的故障模塊不相同)，則可由微機調節(jié)器A、微機調節(jié)器B正常模塊共同構成一正常工作機工作。
例如FA＝1，IA＝0，OA＝1，DA＝1，AA＝1FB＝1，IB＝1，OB＝0，DB＝0，AB＝1則工作機為FA，IB，OA，DA，AA，微機調節(jié)器A還是主機。
6>自動切換邏輯-----設微機調節(jié)器A為主機。
微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B均正常，不切換微機調節(jié)器AПMA(X)＝1。正常，微機調節(jié)器BПMB(X)＝0，不切換。
微機調節(jié)器AПMA(X)＝0；不正常，微機調節(jié)器BПMB(X)＝1；正常。切到微機調節(jié)器B為主機。
微機調節(jié)器AПMA(X)＝0。不正常，微機調節(jié)器BПMB(X)＝0，不正常。但MA(X)+MB(X)|X＝F，O，I，D，A＝1，CA＝CB＝1，則微機調節(jié)器A為主機，兩機正常模塊可交叉構成正常整機工作。
微機調節(jié)器AПMA(X)＝0。不正常。微機調節(jié)器BПMB(X)＝0，不正常。且MA(X)+MB(X)|X＝F，O，I，D，A＝0，無法構成交叉正常整機，切到自動輔通道微機調節(jié)器C工作。
現(xiàn)場總線MB+網絡通訊11是用于智能化現(xiàn)場設備與基于微處理器的控制室自動化系統(tǒng)之間的全數字化、多站總線式的雙向串行多信息數字通信規(guī)程，是互操作以及數據共享的公共協(xié)議?，F(xiàn)場總線用全數字的雙向通信代替了傳統(tǒng)的4mA～20Ma，0～10v模擬信號，原先的點對點接線方式如今可以改變成用1根通信電纜同時連接多臺設備。
用于電機控制的運動控制模塊和開關量輸入/輸出模塊與CPU等相關模塊都安裝在PLC插槽上，并不是分散的結構，電/機轉換器具有全數字接口。全數字調速器的電/機轉換采用交流伺服電/機轉換器帷有全數字位置與速度接口，自帶旋轉編碼器位置反饋，動態(tài)響應性能好。機/電轉換采用帶有現(xiàn)場總線接口的多圈絕對值型旋轉編碼器，將導葉接力器的機械位移信號轉換為送給調節(jié)器的數字信號。其他數據采集部分如水頭測量、機組功率測量都采用具有現(xiàn)場總線接口的智能測量模塊進行測量，直接輸出與所選用的現(xiàn)場總線形式一致的數字信號，經過現(xiàn)場總線傳輸到控制器。
以往的電液調速器對水頭、機組功率和導葉開度的測量機構的輸出信號大多為0～10v或4Ma～20mA的模擬信號。而所述全數字式調速器中調節(jié)器與現(xiàn)場數據采集模塊之間采用數字通信的方式采集水頭、機組功率、導葉開度值，使其在整個水輪機調速器的信號傳遞過程中全部為數字信號，出現(xiàn)模擬信號，改變了以往電液調速器中模擬信號與數字信號并存的情況。僅僅就現(xiàn)場總線MB+網絡通訊設計方案與以往調速器相比就具有以下優(yōu)點a.布線容易，互操作性強?，F(xiàn)場總線是1對N的結構，1對傳輸線可以對應多臺現(xiàn)場數字測量模塊。改變了以往用模擬測量模塊時每臺儀器要占用控制器中的1個輸入通道，減少了I/O裝置，以微處理器為基礎的數字儀表具有多種功能，把傳統(tǒng)的模擬儀表變成數字儀表，變單一功能為多項功能，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的互操作。
b.精度高，可靠性高。每個傳感器都有單獨的信號放大調理電路、A/D轉換、載波與通信電路，輸出為數字信號，精度高；模擬量信號就近轉變?yōu)閿底中盘?，避免了信號的衰減和變形；在系統(tǒng)整個信號傳輸過程中沒有模擬信號，現(xiàn)場總線的通信協(xié)議中有保障傳輸可靠性的約定，總線對通信介質、信息檢驗、信息糾錯、重復地址檢測等方面都有嚴格的規(guī)定，當因為干擾而發(fā)生傳輸錯誤時可以重發(fā)數據；儀表故障時能夠及時報告供值班人員及時處理。
c.避免漂移，參數整定方便。以往電液調速器中測量接力器行程采用模擬傳感器例如直線位移傳感器，實質上就是滑動變阻器，在使用過程中會發(fā)生漂移現(xiàn)象，阻值因為溫度而變化，使測量不準確。在使用過程中，變阻器參數也不易整定；但用多圈絕對型旋轉編碼器內部有溫度自動補償電路，并且容易整定參數，調試時極為方便。
d.易于被多變量智能儀表應用采用現(xiàn)場總線可以傳送多個過程變量，可以將儀表的參數一起上傳，有利于帶有多變量的數字儀表應用；電量傳感器可以同時測量出機組三相有功功率、無功功率、頻率、功率因數、有功電能等電量參數。
e.器件選型靈活采用標準現(xiàn)場總線后，解決了產品匹配問題，用戶可選擇不同廠家的產品，優(yōu)化組合，構成自己最滿意的系統(tǒng)。
在PLC指令系統(tǒng)中有支持MB+網絡通訊Modbus協(xié)議的存取數據的指令位READ_VAR，通過這一指令，PLC向從站傳感器發(fā)出讀取數據的命令，傳感器接收到讀取指令的數據幀后進行CRC校驗，如果校驗正確，則將指令要求的數據上傳至PLC，放置于指令指定的內存單元中，供PLC使用；若CRC校驗發(fā)生錯誤，則傳感器按照Modbus通信協(xié)議返回錯誤代碼，這時在PLC程序中設定要求控制器重發(fā)讀取數據命令，以讀取到正確的數據，同時為避免受到嚴重不可預料的干擾或傳輸發(fā)生故障時使控制器在一定時間內一直無法獲取傳感器的正確數據，可在程序中設置讀取數據的最大時限，在這個時限內沒有獲得傳感器數據則放棄，進行下一次讀取數據的循環(huán)；同時設置計數器，當一定次數內讀取都失敗，則可判斷傳感器故障。
權利要求
1.一種數字式大型水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，包括調節(jié)器和電液隨動系統(tǒng)，電液隨動系統(tǒng)包括電液轉換器、主配閥、停機閥、先導閥、液壓閥、操作機構、機械反饋機構、開度限制機構、位置傳感器以及導葉接力器各部件，調節(jié)器的信號輸出端與電液隨動系統(tǒng)的各信號控制端相連，電信號經電液隨動系統(tǒng)轉換和功率放大后，控制導葉接力器的位移從而控制導葉開度，其特征是所說調速器包括一個自動調節(jié)主通道和一個自動調節(jié)輔通道兩大部分，自動調節(jié)主通道包括兩冗余連接的微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B以及一個機械液壓系統(tǒng)主通道，自動調節(jié)輔通道包括一個微機調節(jié)器C和一個機械液壓輔通道/機械(電氣)手動機構；微機調節(jié)器A、B、C的數據端口、控制端口均徑MB+網絡通訊總線連接在一起，微機調節(jié)器A、B的信號輸出端口同時經切換開關與機械液壓系統(tǒng)主通道中的切換閥以及比例伺服閥的控制端口相連；微機調節(jié)器C的一組信號輸出端口與機械液壓系統(tǒng)輔通道/機械(電氣)手動機構中的隨動滑閥的控制端口相連。
2.根據權利要求1所述的水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，其特征是本發(fā)明還包括全冗余雙PLC控制器CPU、輸入模塊、輸出模塊、傳感器、測頻單元、電源均為冗余結構，并具有“主機/熱備”能力；微機調節(jié)器自動調節(jié)主通道采用兩個獨立的PLC微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B，通過現(xiàn)場總線MODBUS PLUS實現(xiàn)雙機狀態(tài)和數據一致；微機調節(jié)器A或微機調節(jié)器B與其相應的機械液壓系統(tǒng)相配合，獨立實現(xiàn)控制功能達到調節(jié)性能要求。
3.根據權利要求1所述的水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，其特征是微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B之一故障時，可發(fā)出故障信號并自動、無擾動地切換到正常機工作，故障機可在線更換模塊、檢修。
4.根據權利要求1所述的水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，其特征是用通信和軟件構成交叉冗余雙PLC控制結構，以容忍兩個單機的不同名模塊故障情況，交叉構成正常整機，使調速器能正常工作。
5.根據權利要求1所述的水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，其特征是，微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B通過總線掛接有下列功能模塊，這些模塊均具有全數字式電路結構，用數字通信的方式采集水頭、機組功率、導葉開度值，并在整個水輪機調速器的信號采用數字信號傳遞；這些功能模塊是F模塊(FA、FB)———頻率測量模塊I模塊(IA、IB)———開關量輸入模塊O模塊(OA、OB)———開關量輸出模塊D模塊(DA、DB)———模擬量輸出模塊A模塊(AA、AB)———模擬量輸入模塊C模塊(CA、CB)———通信模塊
6.一種水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，其特征是，交叉冗余方法是若設模塊正常時為1，故障為0，a.CA＝CB＝1是交叉冗余的必要條件，若CA*CB＝0，則為獨立雙機冗余結構，∏MA(X)＝FA*IA*OA*DA*AA＝1表明微機調節(jié)器A各模塊工作正常，∏MB(X)＝FB*IB*OB*DB*AB＝1為微機調節(jié)器B各模塊工作正常，∏MA(X)＝0為微機調節(jié)器A中，至少有一個模塊工作不正常；∏MB(X)＝0表明微機調節(jié)器B中，至少有一個模塊工作不正常；b.微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B通過MODBUS PLUS網，實時交換數據，使兩者數據狀態(tài)共享，且完全一致；c.微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B整機切換獨立雙機，∏MA(X)＝1，∏MB(X)＝1，可人為在“A”、“B”機間切換，使其中任一機為主機，另一機為輔機；若∏MA(X)＝0，∏MB(X)＝1，則自動切到微機調節(jié)器B機工作。d.微機調節(jié)器A為主機，∏MA(X)＝1，∏MB(X)＝0，為微機調節(jié)器A正常，微機調節(jié)器B至少有一個模塊不正常，此時，無法由微機調節(jié)器A切至微機調節(jié)器B；反之亦然。e.微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器交叉構成正常工作機CA＝CB＝1，滿足交叉冗余的必要條件；微機調節(jié)器A為主機，如出現(xiàn)∏MA(X)＝0，∏MB(X)＝0表明微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B均至少有一個模塊不正常，若MA(X)+MB(X)|X＝F，O，I，D，A＝1表明微機調節(jié)器A和微機調節(jié)器B的故障模塊不相同，則可由微機調節(jié)器A、微機調節(jié)器B正常模塊共同構成一正常工作機工作；f.自動切換邏輯，若微機調節(jié)器A為主機，微機調節(jié)器A∏MA(X)＝1，正常，微機調節(jié)器B∏MB(X)＝0，不切換，若微機調節(jié)器A∏MA(X)＝0；不正常，微機調節(jié)器B∏MB(X)＝1，正常，切到微機調節(jié)器B為主機；若微機調節(jié)器A∏MA(X)＝0，不正常，微機調節(jié)器B∏MB(X)＝0，不正常，但MA(X)+MB(X)|X＝F，O，I，D，A＝1，CA＝CB＝1，則微機調節(jié)器A為主機，兩機正常模塊可交叉構成正常整機工作；若微機調節(jié)器A∏MA(X)＝0，不正常，微機調節(jié)器B∏MB(X)＝0，不正常，且MA(X)+MB(X)|X＝F，O，I，D，A＝0，無法構成交叉正常整機，切到自動輔通道微機調節(jié)器C工作。
全文摘要
一種數字式大型水輪機微機調速器雙通道交叉冗余系統(tǒng)，包括一個自動調節(jié)主通道和一個輔通道兩大部分，自動調節(jié)主通道包括兩冗余連接的微機調節(jié)器A和B以及一個機械液壓系統(tǒng)主通道，自動調節(jié)輔通道包括一個微機調節(jié)器C和一個機械液壓輔通道/機械(電氣)手動機構；在主通道工作時，輔通道不影響主通道的工作，但跟蹤主通道，其導葉接力器調節(jié)目標值與主通道完全一致，可實現(xiàn)主/輔通道的無擾動切換。獨立的雙PLC冗余調節(jié)器，雙機交叉冗余容錯設計方案，在不增加硬件開銷的條件下，用通信和軟件構成交叉冗余雙PLC控制結構，具有較強的容錯能力，可以容忍兩個單機的不同名模塊故障情況(容錯)，交叉構成正常整機，使調速器能正常工作。
文檔編號F15B21/00GK1734085SQ20041006071
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權日2004年8月13日
發(fā)明者魏守平, 胡夢蛟, 李紅, 胡乙進 申請人:武漢事達電氣股份有限公司