1.前言
汽輪機純液壓調節系統中的啟動閥和同步器的實質是電動執行機構，只不過它們是在特定的場合中所取的稱謂而矣。我們曾于是１９９７年在五屆（上屆）自動化學術年會上發表過一篇文章［１］，其中只是論述采用矢量變換控制伺服馬達取代原來的交流馬達、直流馬達或交直流馬達。當時確實收到了良好效果，也得到一定程度的推廣應用。但是，隨著科學技術的突飛猛進及實際應用中要求控制指標的日益提高，有必要使其智能數控化，更上一層樓，以適應當代科技發展的需求。
受全數字交流伺服驅動器［２］誕生的啟迪，我們對電動執行機構的數控化改造進行了探索與嘗試，專門研制了多功能智能信號轉接控制板（相當于一臺工控單板機）與全數字交流伺服驅動器配套。把上海汽輪機廠出品的早期125MW機組啟動閥（老式的窗口控制型）和哈爾濱汽輪機組出品的100MW機組帶高速彈簧調速器的同步器改造成為智能式全數字控制裝置，收到比預期更好的效果，到目前為止機組運行正常。年內還將投產發電的遼源電廠２×100MW雙抽汽輪發電機組（俄羅斯產品）以及山東沾化發電廠2×125MW汽輪發電機組將采用這種類型同步器和啟動閥。
2．智能信號轉接控制板
2.1電路功能
智能信號轉接控制板是一塊多功能的現場控制模塊，主要用于汽輪機電液調節系統（DEH）和集散型控制系統（DCS）。電路設計中，采用了高可靠性的單片機作為控制核心，實時處理采樣濾波、PID運算、PWM脈寬調制等控制算法，用A/D、D/A芯片達到現場數據采集與控制輸出，用RS232串行通信方式實現與遠程上位機的實時數據交換。
2.2電路組成：
智能信號轉接控制板的電路結構如圖1所示。該板以8位CMOS單片機AT89C51，用XILINX復雜可編程器件（ＣＰＬＤ）XC95108作為主要的外圍譯碼電路；板上裝有12位的高速A/D轉換器和12位的D/A轉換器，與CPU的連接都經1:1的隔離放大器相互電氣隔離；16路的開關量輸入和3路脈沖量輸入全部采用光電隔離；4路開關量輸出采用進口繼電器方式；板上設有CPU監視電路（WatchDog）用以防止單片機出現死機；設有非揮發性存貯器EEPROM，用以存貯配置信息和經調整后的運行參數；板上的串行接口RS232用于與遠程上位機通信或與現場的智能控制設備相聯。整塊電路采用單24VDC供電，由板上DC/DC實現電壓變換及電氣隔離。
2.3主要技術參數：
電壓/電流輸入：4-20mA或1-5VA/D分辨率12位，采樣精度1‰；
電壓/電流輸出：4-20mA或1-5VD/A分辨率12位，輸出精度1‰；
開關量輸入：16路，查詢電壓24VDC，；
旋轉編碼器接口：型12位格雷碼輸入；
增量型雙脈沖輸入或三脈沖輸入，相位超前滯后；
開關量輸出：4路繼電器輸出，常開/常閉觸點；
觸點容量：220VAC/1A30VDC（1A）；
脈沖量輸出：2路，+5VDC電平或O.C.輸出；
通訊接口：RS232波特率9600，數據8位，停止1位，無校驗；
隔離電壓：ＡＩ/ＡＯ/ＤＩ／ＤＯ四端隔離，互相間隔離電壓>1500V；
電源供電：24VDC（0.3A）；
外型：220mmx125mmx20mm；
2.4零位、滿度調整方法：
先將執行機構的反饋調到實際零位，此時的測量值Vl與4mA（零位電流）對應，再將執行機構的反饋調到實際滿度位置，此時為測量值Vh與20mA（滿度電流）對應，如圖2所示。調整完畢后，每一位置的反饋值都由以下公式計算：
2.5軟件處理
板上單片機運行的軟件程序全部采用ASM-51匯編語言書寫，程序流程如圖3所示。
圖3、軟件程序流程圖
（A）初始化程序（B）主程序循環
2.6應用舉例
智能信號轉接控制板是通用的多功能接口板，圖4列出了常用的幾種應用方式。
圖4、典型應用示意圖
在圖4中，A為執行機構采用4-20mA的控制和反饋信號，而DCS控制采用輸出增減脈沖控制方式；B為執行機構采用常用的正反轉交流伺服電機，反饋用4-20mA電流信號，而DCS控制采用4-20mA電流控制方式；C為執行機構采用脈沖控制的正反轉交流伺服電機，反饋用型旋轉編碼器GRAY碼信號，而DCS控制采用4-20mA電流控制方式；D為執行機構指令與反饋全部采用RS232通信方式交流伺服電機，而DCS控制采用4-20mA電流控制方式或增減式脈沖控制方式；E為執行機構采用4-20mA的控制和反饋信號，而DCS控制采用RS232/RS422遠程通信方式；F為執行機構采用脈沖控制的正反轉交流伺服電機，反饋用4-20mA電流或型旋轉編碼器GRAY碼信號，而DCS控制采用RS232/RS422遠程通信方式。
３．哈爾濱汽輪機廠出品的100MW凝汽式汽輪機同步器改造實施方案
3.1原設備概況
原同步器是啟動閥與同步器合為一體的機構，只用一只直流馬達驅動，經過蝸輪蝸桿減速再通過超越離合器（按：摩擦傳動機構）與手輪相連。調速器是采用高速彈簧隨動滑閥等機構。同步器全程32mm，行程變化３.１mm就對應油動機全行程（0~240mm）。在額定參數下，同步器行程變化量只有2.1mm，就對應空載至額定負載（0~100MW）。
3.2改造后的概況
取消原有的直流馬達與其蝸輪蝸桿機構，原有的超越離合器一并取消。改造成純齒輪傳動。加裝一只矢量變換控制馬達［１］、一只值型編碼器、一只電動／手動切換開關以及一塊智能信號轉接控制板。原同步器包括手輪和機械式行程指示器在內的其它機械部份全部保留。同步器行程和原有的靜態特性以及就地操作方式不變。
從上述同步器固有靜態特性可推知，對同步器位移控制精度的要求非常高。在額定工況下，△2.1mm對應△100MW，位移變化0.021mm就引起負荷變化1MW。以全程32mm來計算，位移變化0.07%，負荷就變化1%（1MW）。因此如果采用一般的模擬電路控制定位精度達不到要求，很難實現轉速和負荷的穩定控制。我們將其改造成為智能式全數字控制裝置后，達到了預期目標。甚至比預期結果還好。圖5為改造后的控制框圖。
3.3改造后達到的功能
*自動掛閘、自動暖閥和自動開主汽門。
*自動沖轉和升速，自動沖擊臨界轉速區域直至全速。
*接收電氣來的信號，自動控制同期轉速，由電氣進行同期并網。
*實現負荷自動控制（含操作員自動，電氣控制和ＣＣＳ控制）
*甩負荷后，將同步器自動回到3000r/min的位置。
*汽機跳閘，將同步器自動回到０位置。
3.4啟動調試結果
上述3.3的功能全部能實現。值得指出的是，機組在沖過臨界轉速區域過程中，機組的振動非常平穩，比原來手動沖轉有較大的改觀，博得廠方的好評。啟動升速轉速控制誤差±3r/min，全速時，如果鍋爐汽壓穩定液壓調速系統沒有幌動可在±2r/min以內。改后的同步器，目前在山東省聊城發電廠３＃機組投運，情況良好。
４．上海汽輪機廠早期125MW機組啟動閥（窗口控制型）改造該啟動閥全程控29mm，在轉速控制時變化5mm就會使轉速從0→3000r/min。我們按照上述３的同樣的方法對125MW機組啟動閥進行改造，也達到了預期效果。該啟動閥已于是1999年12月在山東省黃島電廠１＃機組投運，屹今為止，運行情況良好。
5．其它改造應用
上述３和４都是老機組改造，而吉林省遼源熱電廠俄羅斯100MW雙抽機組是新安裝的機組，將于年內１０月投運，同樣也采用智能式全數字控制裝置，況且在硬件配置上作了進一步的改進，控制框圖如圖6所示。在這樣的工作方式下次，調節精度和系統穩定性將得到進一步提高，況且不需另外再配值型編碼器。
６．結束語
為在電站中實施現場總線控制，一次儀表和執行機構的智能數控化仍是基礎，有待眾多的學者與專家作大量工作。我們僅在這方面做了一小部分這方面的前期工作。本文旨在拋磚引玉，限于我們水平，謬誤之處在所難免，希望給予批評指正和賜教。
