1、水轮发电机组的自动控制 2022-11-271机组的自动控制1.自动控制的定义 automatic automatic controlcontrol control of an operation without human intervention,in response to the occurrence of predetermined conditions.没有人为干预的情况下，对出现的预定状况做出反应的运行控制。2022-11-272机组的自动控制2.自动控制处理的三类变量2.1 模拟量analog quantity（AI、AO）连续变化的量。实际生产过程中，电流、电压、转速、温度、
2、水位等都是模拟量。2.2 数字量digital quantity(DI、DO)用有限个数位（0和1）表示的不连续变化的量。为了使计算机和PLC等数字设备能够识别和处理，模拟量必须转换为数字量才能输入各类数字设备。2.3 二进制量（开关量）binary quantity(DI、DO)只能取值为0或1的量。用于表征有/无、是/非、通/断、启/闭等相反的状态。二进制量可被视为数字量的特殊形式，常被称为数字量。2022-11-273机组的自动控制模拟量随时间的变化2022-11-274机组的自动控制数字量随时间的变化2022-11-275机组的自动控制二进制量（开关量）随时间的变化2022-11-27
3、6机组的自动控制数字量举例2022-11-277机组的自动控制3.自动控制的类别及方法3.1 闭环控制3.1.1闭环控制的范畴检测被控设备的某个输出参数与该参数给定值（期望值）之间的偏差，对此偏差进行处理（PID运算）后输出对被控设备的调节命令，以减少和消除偏差，使输出参数达到该参数的给定值。它是一种“检测偏差、消除偏差”的控制。水电厂的调速器和励磁调节器是实现此类控制的设备。2022-11-278机组的自动控制3.自动控制的分类3.1.2 闭环控制的特点1）被控量是模拟量。但在采用计算机实现闭环控制时，必须在数值上和时间上将模拟量离散化，转化为断续采样、数值不连续的数字量。2）经典的控制方式
4、是PID控制，建立在状态方程基础上的现代控制理论也已经在许多控制领域应用，但PID仍然是最常见的控制方式。2022-11-279机组的自动控制3.1.3 闭环控制举例2022-11-2710机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.1 逻辑控制的范畴控制设备根据输入信号的组合，按照预定的规律输出操作命令。3.2.2 逻辑控制的分类：第一类为组合逻辑控制,其输出只取决于当前输入变量的逻辑组合，与此前的输入变量取值无关。第二类为顺序逻辑控制，即带记忆的逻辑控制，其输出不但与当前输入变量的逻辑组合有关，还与此前的输入变量取值有关。2022-11-2711机组的自动控制组合逻辑举例2022-11-2712
5、机组的自动控制带记忆的逻辑控制2022-11-2713机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法（SFC）1）IEC 60848 Specification language GRAFCET for Sequential Function Charts2）GB/T 15969.3（等效采用IEC 61131.3 IEC 61131.3）可编程序控制器可编程序控制器 第第3 3部分部分 编程语言编程语言以上标准中都对以上标准中都对 SFC SFC 即即“顺序功能图顺序功能图”作作了规定。了规定。“顺序功能图顺序功能图”既是一种清晰的既是一种清晰的分析和描述方法，又是一种严密
6、的编程分析和描述方法，又是一种严密的编程语言。已在各个工业领域广泛应用语言。已在各个工业领域广泛应用.2022-11-2714机组的自动控制3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法（SFC）与其他描述SFC顺序逻辑控制的方法相比，SFC既简单，又清晰严格。文字叙述顺序逻辑控制的缺点是，当有多种可能的选择时，文字叙述会导致“歧路亡羊”。旧式框图分不清输入和输出、条件和动作,很不严密。借用计算机软件流程形式的框图是严密的,但不便于转化为PLC程序。2022-11-27机组的自动控制15不严密的流程框图和计算机程序式的流程框图2022-11-27机组的自动控制163.2 逻辑控制3.2.3
7、顺序逻辑控制的描述方法（SFC）2022-11-2717机组的自动控制3.2 逻辑控制 3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法（SFC）SFC 由步、有向连线和转换组成1）步：系统的状态，与一个或多个动作相联系。当它被激活，即处于活动状态时，相关联的动作将被执行。当它复归,即处于非活动状态时，相关联的动作停止执行。所谓动作，可以使启动一台电动机，开启一个阀门，点亮一个信号灯，或是启动一个内部的计时器或计数器。一个步也可以没有相关连的动作，这种步称为等待步。2022-11-2718机组的自动控制3.2 逻辑控制 2）转换：只有当转换的逻辑值为真，即等于1时，下一步才有可能会转化为活动状态。转换可以是
8、一个逻辑量，也可以是由多个逻辑量组成的逻辑式。这些逻辑量可以是来自被控制过程的信号，如温度信号器、行程开关、转速信号流量开关或液位开关，也可以是控制器内部的内部变量或计时器、计数器等。转换经常是上一步动作结果的反馈信号。2022-11-2719机组的自动控制3.2 逻辑控制 只有上一步处于活动状态时，转换的逻辑值为真才会造成下一步的激活，下一步一旦激活，上一步就会复归为非活动状态。如果希望有些动作不随步的复归而停止执行，或希望有些动作延时开始或延时停止，则需在这些动作旁加上特别符号标明。3）有向连线：顺序功能图依次推进的路线。如无箭头，默认方向是自上而下。2022-11-2720机组的自动控制
9、3.2 逻辑控制3.2.3 顺序逻辑控制的描述方法4）含同时序列和选择序列的SFC2022-11-2721机组的自动控制3.3 自动控制分类及解决方法小结2022-11-2722机组的自动控制2022-11-27机组的自动控制234.水轮发电机组的启停控制水轮发电机组有三种工况：静止、发电、调相常规机组极少采用调相运行，所以实际上只有两种工况：静止与发电。工况转换也就是开机与停机。开机与停机的顺序控制流程与机组的型式有关。混流机组、轴流机组、灯泡机组、冲击式机组和抽水蓄能机组的控制流程各不相同，但共同之处为主。以下的流程以混流机组为例。2022-11-27机组的自动控制242022-11-27
10、机组的自动控制252022-11-27机组的自动控制262022-11-27机组的自动控制272022-11-27机组的自动控制282022-11-27机组的自动控制295.故障导向安全（fail-safe）5.1故障导向安全的定义：防止个别元件的故障导致全系统的致命故障的设计原则。5.2 发展史：最早出现于证券业，投资者用于防止个别的决策错误导致完全破产的投资策略。此后应用到铁路运输业，防止个别元件故障导致重大设备和人员安全事故。例如，在信号系统出现问题导致情况不明时，停止运行。下图中，铁道占位发红灯信号，铁路断裂、信号电源或线路故障，也发红灯信号。2022-11-27机组的自动控制30Fa
11、il-safe图解2022-11-27机组的自动控制31水电站如何实现“故障导向安全”“失电停机”是在水电站“故障导向安全”的重要措施。例如，在调速器失去控制电源时，事故电磁阀自动切换油路关闭导叶停机。LCU失去双重控制电源时，启动后备PLC启动停机流程关闭导叶、跳闸停机。“失电停机”在国外的水电站广泛应用。甚至被当做“默认”的方案。我国的传统做法是“失电维持运行”，在电力紧张的历史背景下有其合理性，但不适用于无人值班和“无人值班”（少人值守）的电站。2022-11-27机组的自动控制32电监会文件电监会电监安全【2009】58号文件“关于吸取俄罗斯萨扬事故教训，进一步加强安全监督管理的意见”
12、要求：“应根据水电站的重要性及规模，考虑机组保护和控制装置采用“失电动作”规则的必要性，在机组的保护和控制回路电压消失时，相关保护和控制能够自动动作关闭导水机构。”俄罗斯萨扬电站损坏机组重新投产时，调速器已改用“失电停机”设计。2022-11-27机组的自动控制33常规继电气接线如何实现失电停机2022-11-27机组的自动控制34“失电停机”的几个问题1）能否实现“失电停机”，首先取决于机械设备和一次设备。2）采用了“失电停机”原则，并不能保证万无一失，因失电停机的动力借助于弹簧储能、液压储能或重力储能。如果储能机构出现问题，仍不能保证“故障导向安全”。2022-11-27机组的自动控制35
