邹县电厂I、II期DEH伺放卡改进技术

摘 要 邹县电厂I、II期DEH控制系统原使用厂家自带伺放卡，该板件先后出现较多故障。科技开发公司针对该课题，充分利用热工队人力资源，并借助高校先进技术和人材优势，对伺放卡重新进行研发，开发出的产品在我厂取得了较好的科研及运行业绩。本文主要介绍了研发改进后的伺放卡控制技术。 关 键 词 DEH；伺放卡；改进技术 引言 邹县电厂I、II期工程300MW汽轮机自2001年对DEH及汽机液压部分进行改造，改后控制系统硬件采用IA控制系统，软件采用东方汽轮机厂DEH系统。DEH控制系统采集机组的转速、功率、汽压等有关参数后，经过分析、鉴别、计算，控制电液伺服阀，伺服控制卡接受控制系统输出的阀位指令信号及所控制阀门的位置反馈信号进行偏差运算，运算完成的数据经过转换、放大处理后驱动伺服阀。同时将采集的阀位信号转换成4～20mA反馈给上级控制系统。伺服控制卡同时接受外部的控制逻辑信号，经过程序的判断处理，做出响应,并将控制卡的运行状态信息，通过接口电路输出。 一、原伺放板使用情况 1、DEH系统伺放回路常见故障 1）2002年5月27日，#3机乙小机调门突然关闭，转速下降至零。检查发现乙小机调门伺放板故障灯ERR为红色平光。判断伺放板故障。 2）2003年4月16日，#4机#2CV指令在50%以下全关，指令在50%以上全开；＃2高调门位反CRT显示一直保持在51％不变。 3）2003年4月20日， #4机甲小机调门突关，伺服卡RUN灯红色平光，重新插拔一次后正常。 4）2003年5月26日， #1机组乙小机调门全开，阀位显示40%，CRT手动操作不动。检查发现乙小机调门伺服板出现问题，伺服板输出至就地LVDT初级线圈电压为0V。 5）2003年6月27日， #1机组乙小机调门突关，阀位显示0%，CRT无法操作。检查发现乙小机调门控制伺服板运行灯RUN为绿色闪烁，故障灯ERR不亮，D1、D2、D4、D5、D7灯交替闪烁。 6）2003年6月30日，将返修的伺服板复装至#3机#8高调，伺服板RUN灯红光，整定后阀门可正常动作，但红光不能消除（正常绿灯闪烁）。 总之，#1、3、4机组因伺放板先后出现几次问题，伺放板已成为使用中的瓶颈，极大的影响了系统安全。 2、DEH厂家的分析 1）阀门突开突关：卡件中LVDT初级激励信号振荡电路中的芯片8038损坏，由于无震荡信号将造成LVDT无激励信号，造成阀门突开突关。 2）卡的故障指示与实际不符合：怀疑是将故障指示存入了串行存储芯片中。软件中有BUG，故障指示描述不准确，如D3灯说明书上是未定义，当时在软件中却用做描述两路LVDT的差值超限的判断。另外，在故障字节写入串行存储芯片中后，没有清除的手段，导致有些卡有故障指示但是却能正常工作。 3）存储芯片损坏：由于其芯片的不稳定性可能在其程序不运行时输出D/A芯片维持，如果维持在输出正的电流将关门，维持在输出负的电流将开门。 4）卡件在返修时，进行老化实验和长期通电实验程度不够。 总之，伺放板存在硬、软件问题：由于器件批量小委托外面的厂家进行元器件老化实验，未能严格把好元器件的质量关，且存在老化冲击实验和长期通电实验不够。在软件上，程序中存在BUG，使其不能准确地指示故障。卡件和机箱之间存在的接插不好问题。 二、改进后的伺放卡简介 针对上述问题，科技开发公司广泛收集资料，并多次与热工人员商讨对策，最终确定重新研发伺放板，以满足控制需要，确保安全运行。 1、新型伺服控制卡设计之初，首先确定控制策略： 1）必须应用先进科学的理念，使产品从一开始就具备一个高的起点。确定伺放卡使用当前最先进的嵌入式系统，智能化，效率高。 2）功能完备，且兼容性要强，必须实现今后产品的广谱适应性，应具备接受各种类型输入信号的能力，同时确保有较高的驱动能力。以利于市场的占领。 3）性能优良，具备快速的PID调节性能，确保控制精度和稳定性能：控制使用单片机进行，确保运算快速性和精确性。使用当前主流A/D和D/A转换芯片，从监测回路和输出回路确保控制精度。具备自整定功能和自适应控制功能，板件带有学习功能，并自行校正PID参数。 4）可靠性高，除选用优质硬件外，在软件的设计上充分考虑各种异常情况，确保安全优先。实时对输入输出信号进行监测和管理，当外部电路发生错误或故障时自动进行判断和处理。软件功能实现故障自保持，在控制面板上实现后备硬手操，确保故障状态下仍有控制手段。 5）较好的人性化设置。显示方式确定使用菜单式显示，确保信息的最大显示量。控制软件使用C语言编程，修改方便，调试快捷，并利于今后软件的升级。 2、研发实施及功能简介 1)伺服控制卡硬件 伺服控制卡由主卡和插接在主卡上的CPU卡组成，卡上主要元器件都采用进口优质的工业级产品，性能稳定可靠。主卡包括电源、输入输出、D/转换等回路，CPU卡主要包括微处理器CPU，可擦写存储器EEPROM和A/D、D/A转换回路。采用高速微控制器，运算处理速度快，满足控制过程的实时性要求。采用高速16位A/D转换器，以保证伺服控制卡的模拟量转换精度。采用高速精密D/A转换器，保证输出的稳定性。 采用非易失存储器件保存各种参数，确保伺服控制卡在带电拔插时不丢失数据。 伺服控制卡使用光电隔离芯片与外部输入输出逻辑信号相连，并可以接受正/负输入逻辑信号。伺服控制卡采用高精度的模拟隔离器，将阀位输入指令、阀位指示输出的模拟量信号与外部电路隔离，当外部电路发生故障时不会损伤整个控制卡。 控制卡设有2组正弦波发生电路，用于产生LVDT激励信号和高频震颤信号。这两组信号的频率和幅值都可以在操作面板上修改。 采用6组的DC/DC转换器，各模块分工合作，各电源回路相互隔离，消除了各信号处理回路的相互干扰，保证整个控制卡的安全可靠的工作。 伺服控制卡安装了液晶显示屏，实时显示控制卡的运行状态和配置信息。与面板上设置的6个按键相配合，使得各参数的修改直观、方便。 伺服控制卡硬件规格与参数: 2）伺服控制卡软件设计 板卡的逻辑关系：外部校验信号有效时，校验输出有效。当板卡拨到手动状态或外部手动信号有效时，手动输出有效。手动状态，面板或外部增加指令（或减少指令）时，手动增（减）有效。指令故障，LVDT故障，伺服输出故障，或板卡未整定时，伺服卡故障输出有效。 板卡的故障判断原则：指令故障。指令正常范围为4～20mA，当指令小于2.4mA或者大于23.2mA时，判定为指令故障，板卡输出关闭。（板卡输出关闭输出并不是0mA，而是一个压阀的电流值，为伺服阀最大驱动电流的10％，电流方向为使阀门关的方向。） LVDT故障判断原则：当LVDT超过下限10％或者超过上限20％或断线时，相应通道报错。当两路LVDT中有一路出现故障时，如工作在单通道模式，板卡自动切换到另一路LVDT，控制过程不受影响；如工作在双通道模式，出故障的一路LVDT输出关闭。 伺服驱动故障判断原则：板卡驱动电路出现故障时，判定为伺服驱动故障，板卡输出为0，LVDT驱动输出为0，位反输出为0。 板卡的整定：板卡未校正时，显示为2路LVDT故障和校验失败故障，板卡输出关闭。第一次使用时，需要设定参数和校正。未经整定的板卡不接受上位机指令信号，不输出驱动电流，只接受上位机整定指令信号和卡件面板手动整定指令信号。 停机偏置信号来时，如果阀位大于5％，则控制阀门迅速移动到5％，当阀位在5％以内时，阀门减速关到全关位，之后板卡输出压阀电流（大小等于伺服阀最大驱动电流，方向使阀门关）。 3）优越性 高可靠性设计：伺服控制卡设计为两路独立的PID调节系统，可直接控制两路独立的液压伺服执行机构，也可为提高可靠性而采取互为备用方式来控制一路执行机构。在作为备用方式运行时，如果出现伺服阀故障，板卡会自动无扰的切换到另一路。独特的硬件和软件设计，使得伺服卡可以实现在机组运行中进行更换和手动整定，而不会影响机组正常运行。防冲击功能，当阀门位置接近机械极限时，会平滑过渡到极限，保障了受控设备的安全。 负载能力强：伺服控制卡设计两路独立的伺服驱动电路，每路都具备最大±250mA的连续输出控制能力。输出电流的范围可根据实际使用伺服电磁阀的规格参数，在液晶面板菜单中进行设定。 精度高，响应快：使用普通的交流传感器时，系统控制精度为0.1％，响应时间为0.01秒。使用先进的控制算法，过渡时间短，调节过程无超调，稳定无抖动。 兼容性好：阀位指令输入和阀位显示输出均可选择电流（4～20mA）或电压（1～5V）方式，外部接线不变，只改变伺服控制卡上的相应浸开关。伺服控制卡能匹配各种类型的¬位置反馈传感器，包括交流差动变压器（LVDT）；直流4－20mA， 1－5V，-10V－+10V；和电阻型（0－20kΩ）。在接线时只有“交流”和“直流”的区分，配合伺服控制卡上的相应浸开关，实现各种功能。接交流传感器（LVDT）时，使用伺服控制卡内部的激励信号，无需另外配置电路，板卡自带频率和幅值可调的正弦波激励电路。激励信号的频率可在0.2KHz～36.2KHz之间设定，信号有效值可在0～3V之间设定，可提供的激励电流最大为交流有效值500mA。自带有震颤信号，可在2Hz到342Hz之间设定，幅度可以在0～500mA之间设定，适应于某些特殊的液压伺服系统。接电阻型传感器时内部提供±15V电源。开关量输出,使用高性能场效应管，最大可以通断500V，8A的电流，适应各种负载驱动需要。 智能化：伺服控制卡可在校验时自动整定位置传感器的零点和量程，对位置传感器的安装没有特殊要求。可自动整定PID参数，也可手动调整PID参数。自动判断卡件和传感器的故障，在作为备用方式运行时，如果出现一路传感器故障，会自动无扰的切换到另一路. 人性化设计：EESD型伺服控制卡上没有用于功能设置、参数调整的跳线和电位器，大部分参数都能在操作面板上通过按键设置。面板上装有液晶显示屏，通过文字和图形直观的显示设备的运行状态