1.前言
汽輪機純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的啟動閥和同步器的實質(zhì)是電動執(zhí)行機構，只不過它們是在特定的場合中所取的稱謂而矣。我們曾于是１９９７年在五屆（上屆）自動化學術年會上發(fā)表過一篇文章［１］，其中只是論述采用矢量變換控制伺服馬達取代原來的交流馬達、直流馬達或交直流馬達。當時確實收到了良好效果，也得到一定程度的推廣應用。但是，隨著科學技術的突飛猛進及實際應用中要求控制指標的日益提高，有必要使其智能數(shù)控化，更上一層樓，以適應當代科技發(fā)展的需求。
受全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器［２］誕生的啟迪，我們對電動執(zhí)行機構的數(shù)控化改造進行了探索與嘗試，專門研制了多功能智能信號轉(zhuǎn)接控制板（相當于一臺工控單板機）與全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器配套。把上海汽輪機廠出品的早期125MW機組啟動閥（老式的窗口控制型）和哈爾濱汽輪機組出品的100MW機組帶高速彈簧調(diào)速器的同步器改造成為智能式全數(shù)字控制裝置，收到比預期更好的效果，到目前為止機組運行正常。年內(nèi)還將投產(chǎn)發(fā)電的遼源電廠２×100MW雙抽汽輪發(fā)電機組（俄羅斯產(chǎn)品）以及山東沾化發(fā)電廠2×125MW汽輪發(fā)電機組將采用這種類型同步器和啟動閥。
2．智能信號轉(zhuǎn)接控制板
2.1電路功能
智能信號轉(zhuǎn)接控制板是一塊多功能的現(xiàn)場控制模塊，主要用于汽輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）和集散型控制系統(tǒng)（DCS）。電路設計中，采用了高可靠性的單片機作為控制核心，實時處理采樣濾波、PID運算、PWM脈寬調(diào)制等控制算法，用A/D、D/A芯片達到現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制輸出，用RS232串行通信方式實現(xiàn)與遠程上位機的實時數(shù)據(jù)交換。
2.2電路組成：
智能信號轉(zhuǎn)接控制板的電路結構如圖1所示。該板以8位CMOS單片機AT89C51，用XILINX復雜可編程器件（ＣＰＬＤ）XC95108作為主要的外圍譯碼電路；板上裝有12位的高速A/D轉(zhuǎn)換器和12位的D/A轉(zhuǎn)換器，與CPU的連接都經(jīng)1:1的隔離放大器相互電氣隔離；16路的開關量輸入和3路脈沖量輸入全部采用光電隔離；4路開關量輸出采用進口繼電器方式；板上設有CPU監(jiān)視電路（WatchDog）用以防止單片機出現(xiàn)死機；設有非揮發(fā)性存貯器EEPROM，用以存貯配置信息和經(jīng)調(diào)整后的運行參數(shù)；板上的串行接口RS232用于與遠程上位機通信或與現(xiàn)場的智能控制設備相聯(lián)。整塊電路采用單24VDC供電，由板上DC/DC實現(xiàn)電壓變換及電氣隔離。
2.3主要技術參數(shù)：
電壓/電流輸入：4-20mA或1-5VA/D分辨率12位，采樣精度1‰；
電壓/電流輸出：4-20mA或1-5VD/A分辨率12位，輸出精度1‰；
開關量輸入：16路，查詢電壓24VDC，；
旋轉(zhuǎn)編碼器接口：型12位格雷碼輸入；
增量型雙脈沖輸入或三脈沖輸入，相位超前滯后；
開關量輸出：4路繼電器輸出，常開/常閉觸點；
觸點容量：220VAC/1A30VDC（1A）；
脈沖量輸出：2路，+5VDC電平或O.C.輸出；
通訊接口：RS232波特率9600，數(shù)據(jù)8位，停止1位，無校驗；
隔離電壓：ＡＩ/ＡＯ/ＤＩ／ＤＯ四端隔離，互相間隔離電壓>1500V；
電源供電：24VDC（0.3A）；
外型：220mmx125mmx20mm；
2.4零位、滿度調(diào)整方法：
先將執(zhí)行機構的反饋調(diào)到實際零位，此時的測量值Vl與4mA（零位電流）對應，再將執(zhí)行機構的反饋調(diào)到實際滿度位置，此時為測量值Vh與20mA（滿度電流）對應，如圖2所示。調(diào)整完畢后，每一位置的反饋值都由以下公式計算：
2.5軟件處理
板上單片機運行的軟件程序全部采用ASM-51匯編語言書寫，程序流程如圖3所示。
圖3、軟件程序流程圖
（A）初始化程序（B）主程序循環(huán)
2.6應用舉例
智能信號轉(zhuǎn)接控制板是通用的多功能接口板，圖4列出了常用的幾種應用方式。
圖4、典型應用示意圖
在圖4中，A為執(zhí)行機構采用4-20mA的控制和反饋信號，而DCS控制采用輸出增減脈沖控制方式；B為執(zhí)行機構采用常用的正反轉(zhuǎn)交流伺服電機，反饋用4-20mA電流信號，而DCS控制采用4-20mA電流控制方式；C為執(zhí)行機構采用脈沖控制的正反轉(zhuǎn)交流伺服電機，反饋用型旋轉(zhuǎn)編碼器GRAY碼信號，而DCS控制采用4-20mA電流控制方式；D為執(zhí)行機構指令與反饋全部采用RS232通信方式交流伺服電機，而DCS控制采用4-20mA電流控制方式或增減式脈沖控制方式；E為執(zhí)行機構采用4-20mA的控制和反饋信號，而DCS控制采用RS232/RS422遠程通信方式；F為執(zhí)行機構采用脈沖控制的正反轉(zhuǎn)交流伺服電機，反饋用4-20mA電流或型旋轉(zhuǎn)編碼器GRAY碼信號，而DCS控制采用RS232/RS422遠程通信方式。
３．哈爾濱汽輪機廠出品的100MW凝汽式汽輪機同步器改造實施方案
3.1原設備概況
原同步器是啟動閥與同步器合為一體的機構，只用一只直流馬達驅(qū)動，經(jīng)過蝸輪蝸桿減速再通過超越離合器（按：摩擦傳動機構）與手輪相連。調(diào)速器是采用高速彈簧隨動滑閥等機構。同步器全程32mm，行程變化３.１mm就對應油動機全行程（0~240mm）。在額定參數(shù)下，同步器行程變化量只有2.1mm，就對應空載至額定負載（0~100MW）。
3.2改造后的概況
取消原有的直流馬達與其蝸輪蝸桿機構，原有的超越離合器一并取消。改造成純齒輪傳動。加裝一只矢量變換控制馬達［１］、一只值型編碼器、一只電動／手動切換開關以及一塊智能信號轉(zhuǎn)接控制板。原同步器包括手輪和機械式行程指示器在內(nèi)的其它機械部份全部保留。同步器行程和原有的靜態(tài)特性以及就地操作方式不變。
從上述同步器固有靜態(tài)特性可推知，對同步器位移控制精度的要求非常高。在額定工況下，△2.1mm對應△100MW，位移變化0.021mm就引起負荷變化1MW。以全程32mm來計算，位移變化0.07%，負荷就變化1%（1MW）。因此如果采用一般的模擬電路控制定位精度達不到要求，很難實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和負荷的穩(wěn)定控制。我們將其改造成為智能式全數(shù)字控制裝置后，達到了預期目標。甚至比預期結果還好。圖5為改造后的控制框圖。
3.3改造后達到的功能
*自動掛閘、自動暖閥和自動開主汽門。
*自動沖轉(zhuǎn)和升速，自動沖擊臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域直至全速。
*接收電氣來的信號，自動控制同期轉(zhuǎn)速，由電氣進行同期并網(wǎng)。
*實現(xiàn)負荷自動控制（含操作員自動，電氣控制和ＣＣＳ控制）
*甩負荷后，將同步器自動回到3000r/min的位置。
*汽機跳閘，將同步器自動回到０位置。
3.4啟動調(diào)試結果
上述3.3的功能全部能實現(xiàn)。值得指出的是，機組在沖過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域過程中，機組的振動非常平穩(wěn)，比原來手動沖轉(zhuǎn)有較大的改觀，博得廠方的好評。啟動升速轉(zhuǎn)速控制誤差±3r/min，全速時，如果鍋爐汽壓穩(wěn)定液壓調(diào)速系統(tǒng)沒有幌動可在±2r/min以內(nèi)。改后的同步器，目前在山東省聊城發(fā)電廠３＃機組投運，情況良好。
?。矗虾Ｆ啓C廠早期125MW機組啟動閥（窗口控制型）改造該啟動閥全程控29mm，在轉(zhuǎn)速控制時變化5mm就會使轉(zhuǎn)速從0→3000r/min。我們按照上述３的同樣的方法對125MW機組啟動閥進行改造，也達到了預期效果。該啟動閥已于是1999年12月在山東省黃島電廠１＃機組投運，屹今為止，運行情況良好。
5．其它改造應用
上述３和４都是老機組改造，而吉林省遼源熱電廠俄羅斯100MW雙抽機組是新安裝的機組，將于年內(nèi)１０月投運，同樣也采用智能式全數(shù)字控制裝置，況且在硬件配置上作了進一步的改進，控制框圖如圖6所示。在這樣的工作方式下次，調(diào)節(jié)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性將得到進一步提高，況且不需另外再配值型編碼器。
?。叮Y束語
為在電站中實施現(xiàn)場總線控制，一次儀表和執(zhí)行機構的智能數(shù)控化仍是基礎，有待眾多的學者與專家作大量工作。我們僅在這方面做了一小部分這方面的前期工作。本文旨在拋磚引玉，限于我們水平，謬誤之處在所難免，希望給予批評指正和賜教。
