DBMEHV系统介绍

1、MEH-V系统介绍DB04016MEH-V给水泵汽轮机数字式电液控制系统Micro-Electro-Hydraulic System新华控制工程有限公司工程技术部2004年6月目 录1.概述22.MEH-V系统结构42.1.硬件组成52.1.1.分散处理单元DPU52.1.2.I/O处理模件52.1.3.I/O端子板62.1.4.人机接口站62.2.软件结构72.2.1.MMI软件72.2.2.DPU软件72.2.3.通讯处理软件83.EH液压系统93.1.执行机构93.2.低压油给水泵汽轮机调节系统93.3.危急遮断系统104.MEH-V控制功能简介105.给水泵汽轮机动态特性146.MEH

2、-V技术规范167.外形尺寸168.电源要求169.运行环境1610.参考业绩17给水泵汽轮机控制系统MEH-V系统介绍1. 概述MEH-V给水泵汽轮机控制系统是新华DEH系列产品之一，是汽轮机岛控制系统的组成部分。MEH提供了给水泵汽轮机基本的控制功能，但可以扩展到各种汽轮机、辅助系统以及泵等设备的控制、保护、监视领域。DEH-V汽轮机岛一体化系统图一般给水泵汽轮机均成对使用，也可以单独使用，给水泵汽轮机一般为单缸、单流、冲动、凝汽式，是一种变参数、变转速、变功率和多汽源的汽轮机，能适应主机各种运行方式。正常运行时，给水泵汽轮机利用主机的低压抽汽作为工作汽源，在低负荷时由高压蒸汽作为补充。两

3、种汽源可以在汽轮机内部或外部进行无扰切换，称为新汽内切换和蒸汽外切换。给水泵汽轮机外形图为了适应锅炉启动的需要，还可以使用辅助蒸汽，作为启动汽源，用辅助汽源通过低压配汽机构控制小汽机的启动，这种多汽源的供汽方式，使小汽机具有灵活的启动运行方式。满足锅炉从启动到满负荷的各种工况要求。在锅炉新汽内切换系统中，汽轮机内部具有两组独立的喷咀组，同时具有高压、低压两套独立完整的配汽机构。图中上半部分喷咀对应的是低压配汽机构，采用提板配汽，由一个低压调节汽阀油动机控制8个调阀，按照固定的顺序开启。低压喷咀约占整个喷咀的75%。下半部分喷咀对应的是高压配汽机构，约占整个喷咀的25%。给水泵汽轮机高、低压喷咀

4、组来自主机的抽汽（即低压蒸汽）经低压主汽门、低压调节汽阀进入低压喷咀室，再经低压喷咀组进入汽轮机作功；而来自锅炉的新蒸汽（即高压蒸汽）经高压主汽门、高压调节汽阀进入高压喷咀室，再经高压喷咀组进入汽轮机作功；高压配汽机构在整个运行过程中，均一直处于热备用状态。在主机低负荷工况运行时，当低压调节汽阀在接近全开（约为总行程的90-95%）而进汽量尚不足使汽轮机的功率满足给水泵耗功的要求时，经调节系统MEH的作用，开启高压调节汽阀，使汽轮机的输出功率达到平衡。MEH调节保安系统总貌给水泵汽轮机通过改变转速来调整给水泵的供水量，满足锅炉的用水需要。给水泵汽轮机调节系统MEH的目的就是通过精确控制高、低压

5、调节汽阀，改变进入给水泵汽轮机的蒸汽量，达到调整给水泵转速，进而满足锅炉给水的需要。MEH-V系统结构图锅炉给水泵汽轮机调节系统通常采用微处理器数字式电液控制系统，因此一般简称MEH系统。MEH-V系统是在新华公司MEH-I型和MEH-IIIA型基础上发展而来的，MEH-V可与DEH、TBC等实现汽机岛控制系统联网，共享数据，又可以通过DEH的网络接口站，与DCS系统联网。这样简化了电厂的运行维护，更可提高整个控制系统的安全及稳定性。MEH能够接受CCS给水控制系统指令，对给水泵汽轮机进行大范围转速闭环控制。电站给水调节系统如图。给水调节系统图2. MEH-V系统结构2.1. 硬件组成MEH-

6、V控制系统硬件由控制机柜、端子柜、操作盘、连接电缆、人机界面等组成。端子柜内含有各种端子板，完成将各种现场信号转换为I/O模件可以接受的标准信号，同时完成I/O模件送来的指令信号的处理工作，包括给变送器供电、电流/电压转换等。控制机柜内包括冗余处理单元DPU，I/O控制模件、交流电源配电箱、冗余直流电源以及相互之间的连接预制电缆等。操作盘是可选的，用来在自动控制系统故障情况下，维持机组运行或在线处理、更换部件时使用。MEH系统的操作与显示，数据、曲线的记录等均由连接在高速数据公路上的DEH工程师站、操作员站完成。当系统中无DEH系统时，MEH系统也可以单独配置工程师站和操作员站。2.1.1.

7、分散处理单元DPUDPU为MEH-V控制系统的主机部分，采用Pentium400处理器，运行在实时控制系统之下。汽轮机的控制软件都装在DPU内，DPU通过冗余I/O总线，实现对下位机的通讯及控制。同时通过网络接口模件实现DPU联网。软件的修改在工程师站上完成，组态完毕后装载至DPU内，修改可以在线修改或离线修改。MEHV系统采用了冗余结构，以确保机组的安全运行。采用冗余结构I/O以太网，其中任意一条网络故障均不影响系统通讯；给水泵汽轮机由两套冗余的DPU控制，互为热备用；双路独立交流220V电源供电；直流电源二路冗余。另外，I/O智能化设计，它们能独立完成各自的任务，从而更加加强了系统危险的分

8、散性。硬件质量控制方面，所有元器件经过严格的老化筛选，MEH-V模件及MEH-V系统进行高温强化、老化运行考核。开关量采用光电隔离措施，开关量输入还有软件数字滤波和消除偶发干扰的措施。模拟量输入采用光电隔离和隔离放大器与外界隔离。2.1.2. I/O处理模件MEH-V系统全部采用智能控制处理模件，每一块模件由印刷电路板、电子元器件、微处理器、输入输出接口等组成，完成特定的信号处理功能。MEH-V系统I/O模件均采用表面贴装工艺。用于MEH-V系统的模件主要有：a) 开关量输入模件（DI）b) 开关量输出模件（DO）c) 模拟量输入模件（AI）d) 模拟量输出模件（AO）e) 阀门控制模件（VP

9、C）f) 转速测量与保护模件（SDP）g) ETS处理模件（LPC）n VPC模件-用于给水泵汽轮机阀门伺服驱动控制。VPC模件采用智能数字整定，阀门反馈信号智能选择，实现对电液转换器的驱动和LVDT反馈信号的解调，还具有手动、自动切换、跟踪功能，以及与液压安全油系统的联锁保护功能。n SDP模件-用于检测给水泵汽轮机转速，并判断是否超过超速保护与控制设定值。SDP模件可以在20ms内完成转速的判断、执行任务，保证精确控制汽轮机转速。同时为了保证超速保护系统的可靠性，在MEH-V系统中采用了3块独立的SDP模件，其输出结果进行“3选2”判断，可以最大程度上防止误动和拒动。SDP模件的主要指标是

10、：1. 1路转速输入：1-20KHz，最小电压：100mV，测量转速时间<20ms；2. 8路开关量输入：机组挂闸、并网、遮断；3. 4路开关量输出：OPC、AST；2.1.3. I/O端子板I/O端子板是I/O模件与现场信号之间的桥梁，主要完成各种现场信号的预处理任务，使MEH系统可以接受电流、电压、毫伏、以及调制信号和转速脉冲信号等，同时将MEH系统I/O模件输出的指令转换为驱动现场设备的各种信号。这些端子板包括：表：DEH-V端子板模件端子板端子板部件号说明适用范围mA_TBC2908279A16 AI0/420 mA，0/15VAITC_TBC290827716 AI050/10

11、0mVRTD_TBC290827816 AI0125/250mVAOAO_TBC29082838AO0/420mA /0/15VDIDI_TBC2908281B32CI24/48VDC，干接点，1ms SOEDODO_TBC2908342A16CO阻性：250VAC/10A，30VDC/10A感性：250VAC/5A，30VDC/3AVPCVPC_TBC29084314AI1AO1AO7CI1CO0/420mA ，0/15V，2KHz调制040 mA，-4040 mA420mA24/48VDC，干接点30VDC/10ASDPSDP_TBC29084023PI6AI8CI8CO110KHz420

12、mA ， 15V24/48VDC，干接点阻性：250VAC/10A，30VDC/10A感性：250VAC/5A，30VDC/3ALPCLPC_TBC290836424CI6CO24/48VDC，干接点，1ms SOE阻性：250VAC/10A，30VDC/10A感性：250VAC/5A，30VDC/3A2.1.4. 人机接口站工程师站ENG和操作员站OPU都是人机接口站（MMI）。MMI用工控机构成，CPU采用高性能Pentium处理器，运行中文Windows NT系统，采用鼠标或跟踪球 操作，外接1600×1280高分辨率的彩色CRT，颜色多于256K，并可接激光打印机、光盘机等一

13、些高档外围设备，使MMI界面更为丰富多彩，操作更为方便直观。工程师站还可作为操作员站的备用站。2.2. 软件结构MEH-V软件包括人机接口站MMI软件、DPU实时控制软件和通讯处理软件。人机接口站软件基于全汉化Windows NT操作系统，具有直观的实时数据显示、图形操作界面、记录、报警、SOE、报表等功能。工程师站还具有图形组态、修改系统配置和系统管理功能。2.2.1. MMI软件MEH系统的操作与显示画面在DEH-V操作员站上，可实现在多窗口方式下，通过流程图、棒状图、趋势图、单点、一览、成组等软件监视机组实时运行情况。并可通过自检查看MEH系统工作状态，当出现故障时，系统提供闪烁、音响、

14、弹出窗口等多种方式引起运行人员注意，提供实时报警、历史报警、历史趋势、SOE记录等供热工人员检查。工程师站ENG提供强大的编程、管理工具，包括数据库生成、图形生成、控制组态生成、报表生成、历史记录、用户管理、系统配置等。图形生成软件可以可以实现各种复杂的工艺过程图形；报表软件可以周期型、触发型、追忆型、SOE型等方式实现班报、时报、日报、月报等各种报表；历史记录可以收集MEH-V系统网上开关量、模拟量全局点的历史数值；报警记录可以记录系统中所有报警信息、操作信息。2.2.2. DPU软件MEH实时控制软件由一对冗余DPU完成，实现对汽轮机转速、CCS遥控指令等主要控制量的采集、判断和闭环控制，

15、以及实现阀门试验、超速试验等基本功能。实时控制软件包括信号处理、连续控制、逻辑运算、顺序控制以及各种高级控制算法，可以实现从简单到复杂的各种不同的控制方案。另外，为保证保护系统的可靠性和快速性，OPC软件和ETS软件分别驻留在SDP模件和LPC模件内。控制组态生成软件采用图形化的方式，完成对MEH的控制策略的生成，并可同时进行控制组态的调试任务。MEH-V组态软件符合IEC-1131-3功能块图形组态标准，提供100多个算法模块。这些算法分为I/O模块、模拟函数、时间过程函数、逻辑运算、控制算法等，还包括针对汽轮机控制系统的特殊算法：温度场计算模块FDM、焓/熵比容计算模块PTCAL、设备控制

16、联锁算法DEVICE等。算法模块之间的连接采用自动布线、自动排序、自动生成交叉参考。热工人员可以根据具体控制的要求，添加、删除、更改模块，更改算法页面和算法模块的执行顺序。MEH的组态以页为单位，每个DPU可以最多可以有512页组态，可以实现1024个控制回路。MEH支持0ms，20ms，50ms, 100ms，200ms，250ms，500ms，1s，2ms，5s，10s， 60s等12档不同的运算周期，满足任何MEH系统的需要。DEH组态为“所见即所得”，组态好的页面可以采用标准A4，A3等幅面直接打印，形成SAMA图，用以存档。MEH-V组态可以在线或离线进行，在线方式下，修改的控制逻辑

17、立即生效，无须编译，主要用于现场调试和仿真；离线方式下，修改后的组态需要下装到辅控DPU再升为主控以后生效。MEH-V留有C语言接口，使用户可以生成自己所需要的算法。工程师站ENG上还具有虚拟DPU的功能，可以实现在没有物理DPU存在的情况下，利用ENG开启一个或几个虚拟DPU，来实现在线组态和调试。这种方式极大的方便了控制系统策略的研究、学习与试验，缩短了MEH系统调试工期。MEH-V系统的组态软件是基于TCP/IP的，因此可利用NT系统内置的RAS技术，方便的实现远程组态和调试。2.2.3. 通讯处理软件通讯处理软件完成与高速数据公路和I/O总线的实时数据交换，符合IEEE802.3标准，

18、并可以与XDPS系统实现一体化。3. EH液压系统给水泵汽轮机的液压执行机构，可以采用高压抗燃油系统，也可以采用低压透平油系统。高压抗燃油系统的油源来自主汽轮机的高压抗燃油供油系统，压力为14.5MPa，通过不锈钢的管道送至给水泵汽轮机；低压透平油系统则直接采用给水泵汽轮机的润滑油。MEH液压伺服控制系统3.1. 执行机构以300MW引进型汽轮机液压控制系统为例，它由4个执行机构组成。2个由电磁阀控制的开关型执行机构分别控制高压主汽门和低压主汽门。2个伺服型执行机构分别控制高压调门和低压调门的阀门开度，它们可以根据计算机指令使阀门控制在任意要求的位置上。低压调门油动机外形图主汽门油动机原理图3

19、.2. 低压油给水泵汽轮机调节系统有些给水泵汽轮机采用低压油作为调节系统的用油，如杭汽的给水泵汽轮机，新华公司与之配合的 MEH系统采用VOITH电液转换器，它接受4-20mA指令信号，经过内部电液转换，输出与指令成正比的3-7bar油压，相应地控制调节汽阀开度为0-100%。由于该电液转换器具有内部反馈回路，因此不需要阀位反馈。低压油给水泵汽轮机控制系统图3.3. 危急遮断系统在有些MEH系统应用中，主汽门保留为透平油控制，同时MEH系统还需要挂闸（复位）、手动停机、遥控停机、机械超速危急遮断器等功能，见下图。给水泵汽轮机危急遮断系统4. MEH-V控制功能简介n 汽轮机复位当汽轮机允许复位

20、时，按下操作盘上的复位按钮，就可以通过保护系统使汽轮机复位，此时，可以通过MEH开启高、低压主汽门，准备启动。n 手动控制功能手动控制为MEH的后备操作方式，在DPU双机故障情况下，或在低转速（<600r/min）时运行人员可通过操作盘上的手动操作按钮直接控制给水泵汽轮机的调节阀，调整转速。此时MEH系统仅控制高、低压调门阀位。转速为开环控制方式。手动控制方式可以在操作面板上，通过按钮来选择。另外，当系统中出现下列情况时，MEH系统自动切换到手动控制方式。Ø 两路以上转速信号故障Ø 转速控制偏差大于预定值，一般为500RPMØ 阀门控制卡故障Ø 转

21、速<600RPM。手动控制逻辑和自动控制逻辑不断互相跟踪，保证相互切换无扰动。当上述故障信号消失后，可以将控制切换回自动方式。在手动方式下，操作员通过操作阀门增减按钮来调整阀门位置，操作员可以监视操作面板上的高、低压阀门开度，也可以监视实际机组转速。在MEH系统中，高、低压阀门的指令为一个。当操作员操作增减按钮时，VPC卡对其进行计数，累加的阀门指令分别送到高、低压调节汽门。其中高压调节汽门指令上叠加了一个偏置，使得直到阀门指令达到一定时，才允许高压调节汽门打开。偏置设定为低压调节汽门几乎全部打开时，高压调节汽门仍保持关闭，但具有一定的重叠度。一般为10%。高压、低压调节汽门开度关系n

22、阀门控制油动机的开度由线性位移差动变送器（LVDT）检测，它将机械的位移转换为与之成正比的电信号。LVDT双通道配置，智能选择，消除由于LVDT单通道配置故障时引起调节阀门全开的不安全隐患。该信号与阀门开度指令相比较，经过放大后，送到电液伺服阀，控制其滑阀的偏转，从而控制进入和排出油动机的油量。当输入到电液伺服阀的电流为0时，电液伺服阀的滑阀处于中间位置，堵住了油动机的上腔和下腔进油，油动机处于静止状态。当电流增加时，电液伺服阀的滑阀偏转，打开进入油动机的下腔进油，油动机在高压油的驱动下，向开启方向移动。当电流方向相反时，油动机动作方向相反。在实际应用中，电液伺服阀都具有机械偏置，使得在电流信

23、号消失时，保证油动机反方向运动，使进汽阀门关闭。MEH-V阀门控制采用智能整定，无须手动调整，可在线更换，无须重新整定。MEH伺服控制原理图n 转速自动功能通过运行人员在操作员站CRT上改变转速定值来调节实际转速，达到控制锅炉给水的要求。实际转速由安装在汽轮机轴上的测速探头产生，转速输入模件采用三重冗余，经过“3选2”表决后得到。转速自动控制可以在CRT上通过按钮来选择。转速自动控制的范围一般为600r/min6600r/min。此时MEH系统除控制高、低压调门阀位外，还采用PID控制规律来闭环控制汽轮机转速。PID的输入为转速给定值和实际转速，输出为阀位指令,阀位指令被送入阀门控制卡中。PI

24、D参数如比例系数、积分时间等可以在线调整。n 锅炉自动控制功能（CCS遥控）在MEH转速自动的基础上，由CCS来遥控其转速定值，调节实际转速达到锅炉给水的闭环控制。n 超速保护及试验功能MEH可实现锅炉给水泵汽轮机的电超速保护功能，当MEH检测到转速达105及110额定转速时，发出跳机信号，通过保护系统，关闭汽轮机所有主汽阀及调节阀。利用MEH可进行机械超速保护试验。由MEH闭锁105额定转速的电超速遮断值，通过MEH提升转速，检测给水泵汽轮机机械超速保护功能。若机械超速保护装置处于故障没有发出遮断动作信号时，可由MEH系统的110遮断或由运行人员手动停机。n 阀门活动试验为保证给水泵汽轮机的

25、安全，有必要定期对高、低压主汽阀进行活动试验，防止在紧急关闭的情况下发生卡涩。为此MEH系统中设计了阀门活动试验功能。一般地，对于高压主汽门可进行全行程试验，对于低压主汽门只能进行部分行程的试验。这通过一个安装于油动机上的试验电磁阀和相应的行程开关来完成。n MEH系统标准接口MEH系统通过数据高速公路联网，可在工程师站记录、显示、打印历史数据及故障状态，便于故障分析。并可对MEH的控制逻辑及参数等进行实时修改，也可对MEH进行检查、维护。MEH系统还具有与DCS系统及MIS等其它控制系统联网的接口，实现信息共享。n 时钟同步MEH-V可以接受全球定位（GPS）系统的时钟信号，作为整个MEH系

26、统的时钟基准。在MEH系统内部，时钟由数据高速公路上级别最高的MMI站决定。n 通讯接口MEH-V可以实现与DCS通信，提供DCS所需信息。一般通过DEH工程师站与外系统进行通讯，也可以采用另外的网关站。提供的通讯接口包括：n RS232C：采用MODBUS Slave RTU 方式，可提供RS232C/485转换器n 基于TCP-IP的以太网通讯，MEH提供MEH侧的网卡和连接电缆。5. 给水泵汽轮机动态特性决定给水泵汽轮机转子运动的因素有：汽轮机的蒸汽力矩MT，给水泵的反力矩ML，以及摩擦阻力矩MF，如图所示。 给水泵汽轮机转子运动力矩给水泵汽轮机特性线作用在转子上的不平衡力矩使转子产生角

27、加速度，考虑到摩擦力矩远远小于蒸汽力矩和反力矩，可以略去不计。所以作用在转子上的力矩平衡方程是：（1）式中 - 汽轮机的蒸汽力矩，N-m- 给水泵的反力矩，N-m -转子的转动惯量，Kg/m2-转子的角速度，1/s将式（1）用泰勒级数展开，略去高阶项，且令，得： （2）整理后，得：（3）式中- 汽轮机转子的飞升时间常数，s （4）- 自平衡系数- 给水泵进口压力相对值- 给水泵出口压力相对值- 汽轮机进口压力相对值假设给水泵进出口压力不变时，即：，则此时，式（3）可简化为：6. MEH-V技术规范1. 转速控制范围：盘车转速6600r/min精度：精度0.1额定转速静态特性死区<0.15%动态特性转速变化时，其跟踪精度瞬态值小