基于S7-200PLC水轮机微机调速器的研究与开发

摘要

水轮机微机调速器是水轮机控制系统中的重要设备，近几年PLC在此领域得到广泛的应用。本文在充分论述了水轮机调速器的发展历史、研究现状和发展趋势基础上，对水轮机调速系统结构、控制策略等技术问题进行了分析和研究。应用西门子S7-200 CPU226 PLC实现了水轮机调速器的基本功能，对该系统的硬件和软件进行了详尽的分析和说明。 本文利用S7-200 PLC自身的特点设计了频率测量单元，根据PID调节各个环节的特点，以及调速器动态特性、静态特性对频率测量的实时性和精度要求的不同，利用S7-200 PLC基本单元中内置的高速计数器以及相应的外围放大整形、分频电路，实现了水轮发电机组频率的测量；在软件上，对微机调速器的整个程序框架、并联PID的离散化过程进行了分析，选用改进的PID算法实现了变参数、变结构的PID调节模式；调速器的机械液压随动系统具有步进电机电液转换元件，采用五相反应式步进电机，根据其驱动特性设计了变频调压驱动器，实现PLC与步进电机驱动器之间数字接口。利用PLC主机模块的高速脉冲输出功能，控制脉冲频率的发生、PWM脉宽电压的调节，并通过步进电机驱动器实现对步进电机高效控制。 该调速器充分利用了S7-200PLC内部资源，附加少量的硬件，实现了微机调速器的主要功能，具有结构简单、体积小、可靠性高的优点。由于其编程简单方便、扩展性强，同时兼有较高的性能价格比，可广泛应用于中小型水轮发电机组的调速控制，对于提高我国中小型水电站自动化水平具有重要的实际意义。