一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及水轮发电机组进水阀门控制技术领域，特别是涉及一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统，包括双CPU热备冗余控制器、远程站组件以及双位置环数字液压伺服控制组件；双CPU热备冗余控制器包括通过光纤相连的CPU1#控制器和CPU2#控制器，CPU1#控制器和CPU2#控制器分别通过以太网与远程站组件相连；双位置环数字液压伺服控制组件包括N台液压控制驱动器、N台液压控制装置和N台位移变送器；远程站组件通过光纤与N台液压控制驱动器构成驱动器POWERLINK实时总线环网冗余；液压控制驱动器通过电缆与对应的液压控制装置相连；液压控制驱动器通过电缆与对应的位移变送器相连。通过本控制系统，能有效解决可靠性低和不利于监控的问题。和不利于监控的问题。和不利于监控的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统


[0001]本技术涉及水轮发电机组进水阀门控制
，特别是涉及一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统。

技术介绍

[0002]筒形阀是水轮发电机组进水阀门种类之一，起到隔断和接通进水管的作用。筒形阀能否可靠的开启与关闭关系到水轮发电机组的安全。筒形阀控制系统作为筒形阀电气核心部件，其核心控制技术为同时控制多个筒形阀接力器同步开启或关闭。筒形阀控制系统除具备稳定、可靠等特点外，还应具备良好容错能力、高精度同步运动以保障水轮发电厂的安全，防止重大事故发生。
[0003]目前应用的筒形阀控制方法为链条同步、液压马达配合伺服比例阀同步、基于步进电机数字缸液压同步。三种方案各有特色，基于步进电机数字缸液压同步是目前最新最先进的控制方案，但还存在以下核心问题待解决：
[0004]1、控制器容错低。目前，基于步进电机数字缸液压同步控制系统均采用单控制器，缺乏容错措施。当控制器故障时，整个控制系统将无法工作；
[0005]2、开启关闭速率低。原步进电机的转速范围很窄，在保证出力6N.m的条件下，只能在大约200rpm范围以下工作。基于步进电机数字缸液压同步控制系统正常开启或关闭一次筒阀时间长达90S，特别是在事故关阀情况下，过长的关闭时间会危及电厂安全。
[0006]3、现场抗干扰能力弱。基于步进电机数字缸液压同步控制系统采用脉冲控制，驱动器现场抗干扰能力较弱。驱动器在安装过程中需要单独配置绝缘安装板。步进电机信号电缆和控制电缆工艺要求严格：控制电缆需两端屏蔽，输入信号电缆单端屏蔽，多余线要剪掉并做绝缘处理，信号电缆电压对地最高不许超过60VDC。
[0007]4、基于步进电机数字缸液压同步控制系统驱动器无自诊断和状态监测功能无。
[0008]5、基于步进电机数字缸液压同步控制系统需要反馈外部位置闭环到PLC CPU，降低了实时性，增加了PLC的运算负荷。
[0009]现有技术中，提出了公开号为CN208092455U，授权公告日为2018年11月13日的中国技术专利文件，来解决上述存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：一种筒形阀冗余控制装置，包括断路器、电源模块、输入信号、主用控制器、备用控制器、输出信号。系统的交直流220V电压经断路器接入电源模块转成直流24V电源，为系统提供24V直流电源，输入信号同时接入主用控制器和备用控制器，两个控制器同时运算，同时，如果控制器有故障，故障信号会通过控制器输出模块直接接入到另一个控制器输入模块，如果主用控制器没有故障，主用控制器输出模块控制系统，如果主用控制器有故障，备用控制器正常，备用控制器的输出模块控制控制系统。
[0010]上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：
[0011]（1）该冗余方式属于重复配置系统部分部件进行被动冗余，即当其中主用控制器发生故障时，备用控制器才介入控制工作，主备控制器只能被动进行切换，备用控制器长时
间不参与控制易发生故障，降低系统可靠性。
[0012]（2）主备控制切换过程中存在较大扰动，扰动有可能造成筒形阀卡阻，进而在紧急关闭筒形阀过程中危及机组安全。
[0013]（3）出现单侧通讯故障时控制系统就会进行主备切换，降低系统稳定性。
[0014]（4）不具备双网段IEC61850通讯功能，不利于监控系统对筒形阀控制系统进行监控。

技术实现思路

[0015]为解决上述技术问题，本技术提出了一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统，能有效解决可靠性低和不利于监控的问题。
[0016]本技术是通过采用下述技术方案实现的：
[0017]一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统，其特征在于：包括双CPU热备冗余控制器、远程站组件以及双位置环数字液压伺服控制组件；所述远程站组件包括接口模块和运动控制模块；所述双CPU热备冗余控制器包括通过光纤相连的CPU1#控制器和CPU2#控制器，所述CPU1#控制器和CPU2#控制器分别通过以太网与远程站组件的接口模块相连；所述双位置环数字液压伺服控制组件包括N台液压控制驱动器、N台液压控制装置和N台位移变送器；所述远程站组件的运动控制模块通过光纤与N台液压控制驱动器构成驱动器POWERLINK实时总线环网冗余；每台液压控制驱动器通过电缆分别与对应的液压控制装置相连；每台液压控制驱动器通过电缆分别与对应的位移变送器相连。
[0018]还包括交换机和两台智能网关，两台智能网关分别通过以太网与交换机相连；所述远程站组件的接口模块通过以太网与交换机相连。
[0019]还包括上位机控制器，所述上位机控制器通过以太网与交换机相连。
[0020]所述远程站组件还包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块。
[0021]所述双位置环数字液压伺服控制组件包括六台液压控制驱动器、六台液压控制装置和六台位移变送器。
[0022]每台液压控制装置包括伺服电机、筒形阀数字缸和筒形阀接力器。
[0023]所述双位置环数字液压伺服控制组件能支持直接处理双编码器，所述双编码器包括第一编码器和第二编码器，所述第一编码器用于反馈伺服电机运动的位置；所述第二编码器用于测量筒形阀位置。
[0024]与现有技术相比，本技术的有益效果表现在：
[0025]1、本技术中，双CPU冗余控制器采用热备冗余方式同时进行数据采集、数据处理和计算，两个控制器实时进行数据交互。在其中一个控制器出现故障时实现无扰动切换，增强系统安全性。双CPU冗余控制器组成I/O环网。I/O环网优势在于，任意一处通讯出现故障时，控制系统仍然能够正常工作，提高系统稳定性。
[0026]所述双位置环数字液压伺服控制组件中液压控制驱动器与液压控制装置构成第一层位置环，液压控制驱动器、液压控制装置和位移变送器构成第二层位置环。所述双位置环数字液压伺服控制组件解决了原步进电机的转速范围窄的问题，显著提高大型水轮机筒形阀开启速度、关闭速度，提高电站安全；也能解决因步进脉冲控制带来的丢步、消磁现象、
抗干扰能力弱、自诊断和状态监测功能无等问题，显著提高控制的稳定性、精准性、筒形阀多缸的高实时高同步要求，减少开启筒形阀或者关闭筒形阀过程中的纠偏次数，避免因丢步、干扰等问题导致筒形阀卡阻。
[0027]所述双位置环数字液压伺服控制组件采用POWERLINK总线的驱动系统，使得液压控制驱动器具有更高的自诊断能力，与更多的状态可监控特性。
[0028]2、本技术中，双CPU冗余控制器可以通过交换机实现双网段IEC61850通讯功能，提高系统对外通讯的容错能力。
[0029]3、每台液压控制装置包括伺服电机、筒形阀数字缸和筒形阀接力器，使得所述双位置环数字液压伺服控制组件具有更大的加减速能力，更大的扭矩能力，更高的速度平稳性。
[0030]所述双位置环数字液压伺服控制组件可以通过软件判断当前系统的受力情况，避免或处理堵转卡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统，其特征在于：包括双CPU热备冗余控制器、远程站组件（3）以及双位置环数字液压伺服控制组件；所述远程站组件（3）包括接口模块和运动控制模块（10）；所述双CPU热备冗余控制器包括通过光纤相连的CPU1#控制器（1）和CPU2#控制器（2），所述CPU1#控制器（1）和CPU2#控制器（2）分别通过以太网与远程站组件（3）的接口模块相连；所述双位置环数字液压伺服控制组件包括N台液压控制驱动器（7）、N台液压控制装置（8）和N台位移变送器（9）；所述远程站组件（3）的运动控制模块（10）通过光纤与N台液压控制驱动器（7）构成驱动器POWERLINK实时总线环网冗余；每台液压控制驱动器（7）通过电缆分别与对应的液压控制装置（8）相连；每台液压控制驱动器（7）通过电缆分别与对应的位移变送器（9）相连。2.根据权利要求1所述的一种大型水轮机筒形阀数字缸控制系统，其特征在于：还包括交换机（5）和两台智能网关（6），两台智能网关（6）分别通过以太网与交换机（5）相连；所述远程站组件（3）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓芳辉，贾小平，邬廷军，范建新，张敏，李佳，张萌志，郝河淞，
申请(专利权)人：东方电气自动控制工程有限公司，
类型：新型
国别省市：