YWT-PMC型微机调速器

使 用 说 明 书

西安理工大学

水力机械及自动化研究所

目 录

1．简介…………………………………………………………..⑵

1.1概述………………………………………………………⑵ 1.2主要性能指标……………………………………………⑵ 1.3功能与特点………………………………………………⑵ 1.4主要工作参数……………………………………………⑶ 1.5各环节、机构性能………………………………………⑷ 1.6结构、元件和工艺………………………………………⑷ 2．操作说明………………………………………………………⑸

2．1参数设置………………………………………………⑸ 2．2运行操作………………………………………………⑺ 3．调整与试验……………………………………………………⑽

3．1调整……………………………………………………⑽ 3．2试验……………………………………………………⑾ 4．通信协议………………………………………………………⑿

4．1硬件……………………………………………………⑿ 4．2通信协议………………………………………………⑿ 4．3通信参数设置…………………………………………⒀ 4．4发送字节定义…………………………………………⒀ 5．附图

1．简介

1.1概述

YWT—PMC型步进式微机调速器以飞利浦高性能微控制器为核心，采用芯片级电路整体结构优化设计，除开关电源外，微机调节器仅有主控和显示两块电路板，内部基本上取消转接线机插座，具有很高的可靠性和抗干扰能力，工作稳定性好。在主控电路板上，用光耦代替了传统的机组、电网频率隔离变压器，用AT89C2051MCU实现的PWM电压调制式五相步进电机驱动电源。显示电路板装有LED数码管以及指示各种状态的发光二极管，能够同时显示机组频率、频率给定/开度给定、实际开度、限制开度，另有设置窗口切换显示各种参数。系统结构为“电气调节器 + 步进式机液随动系统”。由于步进电机静态力矩大，定位精度高，因而液压系统具有很强的抗油污能力，以及机液随动系统固有的断电记忆保持的优点。软件采用适应式变结构变参数PID调节模式，能适应复杂的控制与调节功能要求。

1.2主要性能指标

⑴整机转速死区 ≤0.04% ⑵静态特性曲线线性度误差 ＜5% ⑶自动空载3分钟转速摆动值 ＜±0.25% ⑷甩负荷调节时间 ＜40秒 ⑸接力器不动时间 ≤0.2秒 ⑹平均无故障运行时间 ＞12000小时 ⑺平均大修时间 ＞8年 ⑻使用寿命 ＞30年

1.3功能与特点

⑴频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制。

⑵自适应开机：在空载开度或水头变化较大范围内变动时，能迅速平稳开

机；在投入频率跟踪时，机组频率能自动跟踪电网频率，可实现快速自动准同期并网。

⑶自动调整与负荷分配：机组并网后，能根据bp值、Ix值及机组与电网频差值自动调整机组出力。

⑷开停机及增减操作：能接受机旁或中控室开关量指令，实现开停机自动操作、以及频率、开度/功率的增加与减少操作。

⑸手动操作：具有机械手动或电气手动操作，并能实现手动/自动的无扰动切换。

⑹能实时显示各种物理量和设置工作参数：如机频、网频、接力器的实际开度和限制开度以及给定值和调节参数等。

⑺故障诊断和容错：能对主要元件和模块进行故障自诊断，自动切除故障部分并投入备用部分，当频率信号、开度信号失效时，仍能维持机组出力不变，并发出报警讯号。

⑻上电、断电保护：机组正常运行时，突然上电或电源消失应保持机组开度不变，保证机组稳定运行。

⑼与上位机通讯：能方便地与计算机监控系统通信并与其组成计算机网络。设有RS—232/422/485通讯口，能方便地实现与上位机通信，能够在远方计算机上显示调速器状态信息和参数、并能用键盘直接进行操作等。 ⑽由于电气部分采用了“控制微机 + 电气手动单元”结构，提高了控制实时响应速度。

⑾由于采用了“机液随动系统”，机械液压系统有反馈存在自成闭环，当电气调节器失电或故障退出运行时，仍能够保证调速器在机械手动情况下稳定可靠运行。

1.4主要工作参数

⑴暂态转差系数bt 0～200% ⑵缓冲时间常数Td 0～25.0s ⑶加速度时间常数Tn 0～2.50s

⑷永态转差系数bp 0～10.0% ⑸人工死区△f 0～±1.0Hz ⑹频率给定值Fg 50±5Hz ⑺功率（开度）给定值Yg 0～101.1% ⑻电气开限 0～100%

⑼工作电源 直流DC220V±15%

交流AC220V±20%

⑽工作油压 2.5MPa

1.5各环节、机构性能

⑴测频环节：信号电压范围 0.3～160V 信号测量范围 15.0～100.0Hz ⑵步进电机：步距角 0.36度 工作频率 1000Hz 工作电压 12V ⑶位移传感器：行程 25mm 0.1% ⑷调节器外形尺寸：520(宽)×270(高)×320(深)

1.6结构、元件和工艺

⑴调速器采用组合式机电合一柜结构，调节器位于机械柜上部。 ⑵元件符合有关国家标准或行业标准要求，并严格进行电气性能的测试、筛选和老化。印制电路板元件安装整齐、焊接牢固、布线合理、互换性好，接插防松动结构、接触及导电性能良好。

⑶控制开关、按钮、信号灯颜色、布线、接线端子位置及标牌号码等安装工艺均符合有关标准规范要求。

⑷能承受来自电源的干扰、周围环境的电磁干扰，在施加规定的干扰信号时，电气装置的各项功能与动作正确无误，接力器开度保持不变。

2．操作说明

2．1参数设置

2．1．1调节器面板简介

YWT—PMC型微机调节器面板见布置图，图中共有三部分。显示部分由4组1.2吋(4位)LED数码管显示器分别显示机组频率、给定值、实际开度、限制开度、和1组1.0吋(6位)LED数码管显示器显示内部参数、以及12个状态指示发光二极管等组成；操作部分由给定值增减旋钮、工作方式转换按钮、开机令按钮、停机令按钮、紧急停机开关等组成；第三部分为4个参数设置键即阅读键(TAB)、增加键(INC)、减少键(DEC)以及确认键(SET)。

2．1．2参数设置

⑴．参数阅读

在正常运行情况下，第五组LED数码管(6位)每位的第”d”笔（数码管最下面一笔）显示由左向右依次为停机状态、空载状态、无机频信号、无网频信号、频率跟踪和单机运行。当在开机过程中，第五组LED数码管中显示一个

LED

数码管中显示一个由TAB键，从网频显示开始，之后每按下一次TAB键，内部工作参数依次循环显示

网频Fx （ =XX.XX ）→ 频率给定Fg （ =XX.XX ）→ 功率给定Pg （ =XXX.X ）→ 密码MIMA （ =XXX ）→ 空载暂态转差系数bt0（ =XXX ）→ 空载缓冲时间常数Td0（ =XX.X ）→ 负载暂态转差系数bt1（ =XXX ）→ 负载缓冲时间常数Td1（ =XX.X ）→ 负载微分时间常数Tn1（ =X.XX ）→

永态转差系数bp （ =XX.X ）→ 人工失灵区Ix （ =0.XX ）→ 空载开度Y0 （ =XXX ）→ 电气开限DKx （ =XXX ）→ 频率跟踪GZ （ =ON/OFF）→ 单机运行DJ （ =ON/OFF）→ 波特率bs （ =XXX ）→ 通讯地址Ad （ =XXX ）→ 网频Fx （ =XX.XX ）→ ……………………………………………→

⑵．参数修改与存储

参数可分为两组，第一组为状态参数（Fx、Fg、Pg、MIMA）；第二组参数为调节控制参数（bt0、Td0、Tn0、bt1、Td1、Tn1、bp、Ix、Y0、DKx 、GZ、DJ、bs、Ad）。第一组参数中密码（MIMA）可用增加键(INC)或减少键(DEC)进行修改；第二组参数要修改时，先将密码（MIMA）调整到“12”，再按下TAB键翻至需要调整的参数处，用增加键(INC)或减少键(DEC)进行修改；如果调试完毕需要存储目前参数，将密码(MIMA)调整到“36”，此时按下确认键(SET),LED显示“MA= 0”说明存储过程正确完成。

2．1．3注意事项

⑴．当操作按键时间间隔大于约10秒左右，状态/参数显示器恢复正常显示状态，同时密码（MIMA）自动被清“0”；

⑵．下一次上电后，第二组参数为最新一次存储的参数；

⑶．密码不正确时，第二组参数不能被修改、存储，只能通过阅读键（TAB）对参数翻看，这样可以避免对参数的误修改。

2．2运行操作 2．2．1一般原则

⑴．上电时，调节器默认工作方式为机械手动方式，每按下一次方式操作按钮，工作方式切换一次，顺序是“机械手动→电气手动→自动→机械手动→………”。

⑵．机械手动方式：步进电机不带电，手动旋钮可人为操作旋转；电气手动控制方式：通过增减操作把手，闭环控制步进电机旋转，步进阀开度取决于给定开度；自动方式：步进电机旋转不仅要受频率控制，而且要受到开机、关机等信号的控制。

注意：机械手动、电气手动为调试工作方式或事故运行方式，此时调速器发出自动失灵故障信号。工作电源消失时发出相应信号。自动方式为正常运行工作方式。

2．2．2开停机及运行操作

⑴．初始状态

合上直源开关，面板上电源指示灯“亮”，电气调节器处于“机械手动”运行方式，给定值等于实际开度，机组开度保持不动。按下方式操作按钮，先将电气调节器切换到“自动调节”运行方式。若机组为运行状态，操作给定值把手可增减机组开度或功率；若机组为停机状态，等待开机令。

⑵．正常开机过程

当接到机旁或中控室发出的开机令后，第五组数码管显示开机过程，频率给定（Fg）设为45.00Hz，开度给定(Pg)设为启动开度（Yq），启动开度选取80%的空载限制开度(Y0)，机组开度由“0”迅速开至启动开度（Yq）。当机组频率升至40.00Hz时，PID自动调节投入。当机组频率升至45.00Hz时,频率给定（Fg）由45.00Hz自动升至50.00Hz。如果是不跟踪网频，通过操作给定值把手改变频率给定值（Fg）的大小，从而改变机组转速或频率实现同期并网。如果跟踪网频，给定值为电网频率。并网时刻，频率给定（Fg）自动恢复

到50.00Hz，功率给定(Pg)设定为合闸前时刻的实际开度值，从而保证断路器闭合时不会产生负荷冲击。并网后，断路器(DL)指示灯亮，表明机组处于运行状态，开机过程结束。

⑶．负荷调整与甩负荷

在运行状态时，通过给定值把手增减操作频率给定（单机运行时）或开度给定（并网运行时），即可改变机组频率或开度/出力。开度给定（Pg），下限为50%空载限制开度（Y0），上限为电气开限（DKx）。当断路器跳闸发生甩负荷时，自动设定功率给定Pg=“Y0”，频率给定Fg=50.00Hz，经过一段时间调整后，机组处于空载状态。

⑷．正常关机过程

当接到机旁或中控室发出的停机令，第五组数码管显示关机过程，开度给定（Pg）自动设定为Yg=“Y0”。当断路器跳开后，开度给定（Yg）自动设定Yg=“0.0”，便会自动停机。

⑸．紧急事故停机

当机组出现水机、电气等严重故障，保护出口继电器通过紧急停机电磁阀直接关闭导叶到零。或者通过面板上的紧急停机旋钮打到投入，紧急停机电磁阀动作，与此同时，调节器控制步进阀按正常停机操作。

⑹．在并网运行情况下，三种方式可随意切换，不会引起开度的变化（无扰动切换）。在空载运行情况下，当由开度控制切换到自动方式时，实际开度会自动控制到不超过空载限制开度。

2．2．3注意事项

⑴．断电恢复运行

如果在正常运行时突然电气调节器供电消失，主接力器位置将保持不变(断电记忆)。当重新来电时，初始状态为机械手动运行方式，仍将维持主接力器位置不变，之后再切换到自动方式运行(无扰动切换)。这样就可避免短时断电对机组运行造成不良的后果。

⑵．无信号保护运行

如果来自机端PT断线、短路或消失时，无机频信号指示“亮”，机组开度保持不变。即当机组处于空载运行（断路器“断”）时，机组开度位于空载限制开度（Y0）；当机组处于负载运行（断路器“合”）时，机组开度位于“当前开度”，并发出“自动失效”信号。

如果开度反馈电位器断线开路时，工作方式自动转换为“机械手动”，切断步进电机电源，维持当前开度不变。当开度信号正常时，恢复正常工作状态，并发出“自动失效”信号。

3．调整与试验

3．1调整

本调整是指在机械液压随动放大系统正常工作情况下进行的，即旋转步进电机手轮（机械手动方式）能够使接力器全关到全开或全开到全关。在电站中所进行的调整可能引起机组动作，应采取必要的保护措施。

3．1．1步进电机反馈电位器位置与行程限位开关位置调整

设计步进电机工作行程为共3圈，滑块走15mm，对应主接力器全行程。直线反馈电位器总行程为±12.5mm，有效行程±7.5mm，调整反馈电位器活动杆顶端螺母使反馈电位器有效行程位于总行程中位左右，同时调整上下限位开关位于中间±10mm左右。旋转旋转步进电机手轮（监测方式）使主接力器“正好处于零开度（全关）”，上面限位开关不动作；再旋转旋转步进电机手轮（监测方式）使主接力器“正好处于满开度（全开）”，下面限位开关不动作。

注：设置限位开关的目的是为了防止“电气手动方式”下步进电机超过机械限位。

3．1．2调节器显示开度与主接力器开度同步调整

旋转旋转步进电机手轮（监测方式）使主接力器“正好处于零开度（全关）”，调节电路主板（MAIN BOARD）上的W1电位器面板显示实际开度数码管显示为“0.0%”；再旋转旋转步进电机手轮（监测方式）使主接力器“正好处于满开度（全开）”，调节电路主板（MAIN BOARD）上的W2电位器使面板显示实际开度数码管显示为 “100.0%”。之后在“电气手动方式”下，操作增减旋钮检查显示实际开度在“0.0%→100.0%”以及“100.0%→0.0%”范围内与主接力器位置对应情况。若误差较大，重复上述过程，直至满意为止（一般情况下只需要调整一次）。

3．1．2开关机时间调整

在“电气手动方式”下，将主接力器打到全开位置，投入紧急停机开关使主接力器关闭，记录主接力器开度在“75.0%→25.0%”（3/4行程→1/4行

程）时的时间并乘以2作为关机时间；之后切除紧急停机开关使主接力器开启，记录主接力器开度在“25.0%→75.0%”（1/4行程→3/4行程）时的时间并乘以2作为开机时间。若不满足要求，调整主配压阀上部的调整螺母。

3．2试验

3．2．1整机静态特性试验

调速器整机静态特性试验的目的是做出整机静态特性曲线，校核整机死区和线性度是否达到规定要求。模拟断路器信号闭合情况下进行，具体试验方法略，参照GB9652-1997进行。

3．2．2空载扰动试验

空载扰动试验的目的是初步选取调速器的调节参数，观察三分钟频率稳定度是否达到规定要求。自动运行方式下机组处于空载状态，切换到开度运行方式使机组频率减少到46Hz，再将运行方式切换回自动方式，观察并纪录频率波动过程，待稳定后又一次切换到开度运行方式使机组频率增加到54Hz，再将运行方式切换回自动方式，观察并纪录频率波动过程，调整空载调节参数使调节过程满意为止，具体试验方法略，参照GB9652-1997进行。

3．2．3甩负荷试验

甩负荷试验的目的是检验机组转速上升值及引水系统水击压力上升值是否满足调节保证计算要求，以及甩负荷调节系统动作过程是否达到规定要求，不满足的话，重复试验。结合空载扰动试验，最后确定运行中的调节参数。具体试验方法略，参照GB9652-1997进行。

4 YWT-PMC型微机调速器通信

4.1硬件

YWT—PMC型微机调速器用微控制器P87C552内部UART串口实现异步通讯，用芯片MAX485作为驱动，从而构成RS—485通讯硬件基础，见下图。

YWT-PMC型微机调速器通信示意图

4.2通信协议

为了不影响YWT—PMC型微机调速器正常工作，提高可靠性，上位机（主机）设计为只读取调速器（从机）内部信息方式，而不能修改内部信息。虽然P87C552内部UART串口支持多机主从通信协议，但上位机（通用微机）一般不支持多机通信协议，上位机读取调速器数据命令格式设为：8位数据（从机地址）、无奇偶校验位、2位停止位。由于第9位数据1为地址帧，只有被寻址的从机响应。响应后的调速器（从机）发送的数据格式为：前8位数据、第9位 “0” 为数据帧，最后1位停止位，这样所有调速器（从机）不会响应。上位机虽未接到有效的停止位，但错误信息可忽略，只读取缓冲区的8位2进制数据。

4.3通信参数设置

为了保证正确通信，首先必须对通信参数进行设置，按下调速器面板参数阅读键（TAB），修改密码为“12”，继续向下翻到波特率b5修改窗口，根据所需波特率数值，按公式确定b5后，用INC/DEC键修改。下一个为调速器地址Ad修改窗口，根据机组编号修改Ad数值，也可根据要求确定，但必须确保地址不能重复，即每一个调速器只能有一个与其他调速器不同的地址，否则通信不能正常进行，长期运行会导致驱动芯片损坏。

修改后的波特率数值必须存储，且在下一次上电复位后有效。参数存储方法见2．1．2参数设置部分。

4.4发送数据定义

调速器一次共发送97字节数据，各字节含义如下表

字节序号

位名称 号

返回地址 停机状态 空载状态 开机过程 关机过程 无机频信号 无网频信号 断路器状态 急停信号按钮 阅读键 增加键 减少键 确认键 方式按钮 断路器位置 开机令按钮 关机令按钮 给定值增按钮 给定值减按钮

含义 应答信号 “0”有效 “0”有效 “0”有效 “0”有效 “0”有效 “0”有效 “0”闭合 “0”有效 “0”投入 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合 “0”闭合

内部状态信号 外部输入信号 备注

接收到后立即发送 内部状态信号

BY01 0

1 2 3 4 5 6

BY03 5

6 7

BY04 0

1 2 3 4 5 6 7

进入PID调节

BY05 0

1 3 6 7

开机条件 自动失效 开度信号故障 频率跟踪 单机运行 空载暂态转差系数 空载缓冲时间常数 空载微分时间常数 并网暂态转差系数 并网缓冲时间常数 永态转差系数 人工死区(失灵区) 启动开度

“0”准备好

“1”失效，“0”自动运行 “0”故障，“1”正常 “0”跟踪

“0”单机，“1”并网运行 bt0=## (%)Td0=##/10 (Sec)Tn0=##/100 (Sec)bt1=## (%)Td1=##/10 (Sec)Tn1=##/100 (Sec)bp=##/10 (%)△fx=##/100 (Hz)yq=## (%)yx=## (%)bps=62500/## (bit/s)adr=## Fj=####*100/65536 (Hz)Fg=####/100 (Hz)Fx=####*100/65536 (Hz)Yg=####/10 (%)Yn=(####/64-12)/10 (%)MODC=## MIMA=##

0→自动方式；1→电气手动； 3→机械手动

##表示8位2进制数

BY17=13； bps≈4800 BY17=26； bps≈2400 BY17=52； bps≈1200 BY17=104；bps≈600 BY17=208；bps≈300 ####表示16位2进制数 内部状态信号

并网微分时间常数

开度限制 波特率 调速器地址编号 机组频率（高位） 机组频率（低位） 频率给定（高位） 频率给定（低位） 电网频率（高位） 电网频率（低位） 开度给定（高位） 开度给定（低位） 机组开度（高位） 机组开度（低位） 工作方式计数器 参数修改密码

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