摘要：本文以成都拜爾電力設(shè)備有限公司自行開發(fā)研制的基于貝加萊PCC為控制核心的水輪機調(diào)速器為例，從水輪機調(diào)速器的原理、硬件配置和軟件結(jié)構(gòu)來講述和探討怎樣通過PCC技術(shù)來實現(xiàn)調(diào)速器的各種功能以及它與傳統(tǒng)調(diào)速器相比較的區(qū)別和優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：可編程計算機控制器、水輪機調(diào)速器、頻率測量、步進(jìn)電機驅(qū)動
Abstract: The article takes the new generation of hydraulic turbine governo which based on PCC(programmable computer controller) and developed by ChengDu BaiEr electric power device limited corporation as example , with discribing the principle、hardware configuration and software structure of the hydraulic turbine governo ,discussed how to carry out its functions with PCC, discussed its differences and advantages comparing to the traditional hydraulic turbine governo.
Key Words: programmable computer controllerï¼›hydraulic turbine governoï¼›frequency measureï¼›Stepping moter driver

1可編程計算機控制器（PCC）的技術(shù)特點[2]
      自上世紀(jì)90年代以來可編程計算機控制器（PCC）技術(shù)進(jìn)入中國控制領(lǐng)域，已經(jÄ«ng)越來越廣泛地應(yÄ«ng)用于我國的許多工業(yè)技術(shù)é ˜(lǐng)域，隨著國內(nèi)一些重要的水電行業(yè)的輔機企業(yè)在調(diào)速器和勵磁上的廣泛應(yÄ«ng)用，其性能也得到越來越多的廠家的青睞和用戶的認(rèn)可。PCC技術(shù)已經(jÄ«ng)逐漸掀起了一股技術(shù)革新的潮流。
      PCC（Programmble Computer Controller）即可編程計算機控制器是由奧地利貝加萊公司(B&R)1994年首先提出的。它融合了傳統(tÇ’ng)可編程邏輯控制器PLC和工業(yè)控制計算機IPC的優(yōu)勢，既有PLC的高可靠性、易擴展性，又有IPC的強運算能力和強實時性等特點，所以也是目前PLC技術(shù)發(fā)展的新方向。行業(yè)å…§(nèi)選用PCC做硬件控制核心也正逐漸成為工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的新潮流。
與傳統(tǒng)的PLC相比較，PCC具有以下顯著優(yōu)勢：
1)   定性的分時多任務(wù)操作系統(tÇ’ng)：PCC借用了大型計算機的分時多任務(wù)操作系統(tÇ’ng)理念，應(yÄ«ng)用程序可以按照工藝功能的不同和優(yōu)先級的不同設(shè)成不同的任務(wù)和不同的任務(wù)級別，并可根據(jù)要求自行設(shè)定任務(wù)的循環(huán)時間。優(yōu)先權(quán)高的任務(wù)，可將其掃描周期設(shè)定相對更短。這樣使軟件的結(jié)構(gòu)更加合理、科學(xué)，同時保證系統(tÇ’ng)具有更高更確定的實時性能。
2)   系統(tÇ’ng)響應(yÄ«ng)速度快：系統(tÇ’ng)的響應(yÄ«ng)速度不僅由CPU來決定，還與I/O數(shù)æ“š(jù)的傳輸速度有關(guān)。PCC的主CPU本身速度極快，同時還借用大型計算機的結(jié)構(gòu)，采用I/O-Processor單獨處理I/O數(shù)æ“š(jù)傳輸；采用DPR-Controller雙向口控制器負(fù)責(zé)網(wÇŽng)絡(luò)及系統(tÇ’ng)的管理。也就是說，一個PCC模塊上有三個處理器，既相互獨立，又相互關(guān)聯(lián)，最大限度地提高了整個系統(tÇ’ng)的速度。
3)   系統(tÇ’ng)測頻、相位測量響應(yÄ«ng)速度快：傳統(tÇ’ng)çš„PLC步進(jìn)式微機調(diào)速器其測頻單元仍采用單片機或數(shù)字電路來實現(xiàn)，其響應(yÄ«ng)頻率低，產(chÇŽn)品一致性和可靠性差；而直接采用PCC測頻，則無需另設(shè)測頻硬件，因此測頻的可靠性非常高。因為PCC的主CPUå…§(nèi)還含有一個獨立的時間處理器TPU(Time processing unit ), 可計算處理高達(dá)4MHz至6MHz的脈沖信號。因而能巧妙地解決調(diào)速器的頻率和相位測量問題，實現(xiàn)快速自動準(zhÇ”n)同期并網(wÇŽng)。這也是基于傳統(tÇ’ng)PLC的調(diào)速器方案先天受限而無法企及的功能。
4)   編程語言高級化：PCC不僅完全支持常規(guÄ«)的梯形圖、指令表、順序功能圖等IEC61131-1規(guÄ«)定的多種語言，而且支持高級語言如：Automation Basic語言和標(biāo)準(zhÇ”n)C語言編程。并且可以在同一個項目中同時采用多種語言混合編程。這對于解決復(fù)雜的控制算法和工藝任務(wù)的編程尤顯方便，由于其更好的可讀性，也非常易于用戶對控制程序進(jìn)行合理的增減。
5)   可移植性強：在不同系列、不同型號PCC上所編制的程序，都可以不用修改源碼本身，而直接移植到另外的PCC系列或者型號上。這是因為貝加萊所有的PCC硬件平臺都基于相同的操作系統(tÇ’ng)å…§(nèi)核，而且采用標(biāo)簽變量關(guān)聯(lián)的編程方式，所以用戶在編程時候不需要關(guān)心實際的硬件IO映射關(guān)系，而把精力投入在工藝算法本身。在完成這些工作后，最后只需要簡單地將各個標(biāo)簽名映射在實際的IO通道即可。
6)   高可靠性：PCC具有極高的可靠性，平均無故障時間MTBF達(dá)到50萬小時（相當(dāng)于57年）以上，屬于免維護(hù)產(chÇŽn)品，大大高于一般的PLC或IPC（目前市場上最好的PLC硬件平均無故障時間MTBF達(dá)到30萬小時）。
7)   軟件開發(fā)ç’°(huán)境集成化：PCC的軟件組態(tài)開發(fā)ç’°(huán)境采用AUTOMATION STUDIO工具，秉承一個軟件工具，全部解決整個自動化項目的集成自動化思想，在這一個軟件中同時集成了觸摸屏畫面組態(tài)、PLC編程調(diào)試、伺服驅(qÅ«)動器的編程控制、離線在線仿真調(diào)試等豐富的功能。從而可以大大提高項目的開發(fā)效率。

 
2 PCC調(diào)速器的原理及結(jié)構(gòu)[3]
2.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本原理
PCC步進(jìn)式水輪機調(diào)速器是一種以可編程計算機控制器PCC及步進(jìn)電機為控制核心，與步進(jìn)式液壓隨動系統(tǒng)配套組成的水輪機調(diào)速器。該調(diào)速器裝置具有硬件新穎，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，可靠性高，維護(hù)量小等一系列優(yōu)勢。它是在總結(jié)了目前國內(nèi)外調(diào)速器的最新技術(shù)與現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的特點設(shè)計開發(fā)的新型換代產(chǎn)品。其主要作用是：
1）將機組轉(zhuǎn)速及負(fù)荷給定等控制信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，以控制水輪機的導(dǎo)葉接力器，導(dǎo)葉接力器與水輪機的控制環(huán)相連，從而操作導(dǎo)水葉。使水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速保持在額定轉(zhuǎn)速允許偏差內(nèi)運轉(zhuǎn)，以滿足電網(wǎng)對頻率質(zhì)量的要求。
2）實現(xiàn)水輪機轉(zhuǎn)速的單機調(diào)節(jié)和控制，以適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的增減。
3）實現(xiàn)機組按規(guī)定的操作程序進(jìn)行正常的自動或手動開機、空載、負(fù)載和自動停機。并能接受不同的故障信號，進(jìn)行必要的機組保護(hù)操作直至緊急停機，以保證機組的安全運行
4）當(dāng)水輪發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中并列運行時，調(diào)速器能自動承擔(dān)預(yù)定的負(fù)荷分配，使各機組能實現(xiàn)經(jīng)濟運行。（見圖2.1-1調(diào)速器原理框圖[1]）

圖2.1-1 調(diào)速器原理框圖

2.2 PCC調(diào)速器的硬件配置
該水輪機調(diào)節(jié)器采用奧地利貝加萊公司的B&R 2003系列可編程計算機控制器CP474為硬件核心，配以電源系統(tǒng)、信號處理模塊、人機界面、接力器位移傳感器、步進(jìn)電機驅(qū)動器、繼電器操作回路，組成了性能優(yōu)越、可靠性高、操作方便的水輪機調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)。PCC控制器的主要模塊包括：CPU模塊、高速脈沖量輸入/輸出模塊、混合模塊（開關(guān)量、模擬量輸出/輸入）等。所有元件裝在一塊垂直安裝板上，安裝、調(diào)試、檢修都非常方便。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.2-1所示。
該水輪機調(diào)速器主要構(gòu)成自動-電手動雙通道，可實現(xiàn)調(diào)速器的全部自動控制功能，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速信號故障或PCC控制器故障時，可自動切換至純機械手動控制，除自動控制外，還可通過電手動控制單元可以對導(dǎo)葉進(jìn)行控制；自動-手動切換時均能實現(xiàn)自動跟蹤導(dǎo)葉開度。（見圖2.2-1電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖）