一種燃機控制系統(tǒng)測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃機控制系統(tǒng)測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著燃氣輪機(簡稱燃機)不斷提高的性能指標，為滿足燃機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，則燃機控制系統(tǒng)的燃機控制的準確度和算法的復(fù)雜度也成倍的增長，這就對燃機控制系統(tǒng)設(shè)計提出了更高的要求。直接在燃機上運行燃機控制系統(tǒng)是驗證燃機控制系統(tǒng)性能的最好方式，但純物理的試驗不僅成本高，而且由于試驗一般會采用極限工況，故而風險也較大，復(fù)雜程度也偏高。于是，作為聯(lián)合循環(huán)電站動力來源的燃機，在投入實際工業(yè)使用前都會經(jīng)歷大量的仿真試驗、性能測試等環(huán)節(jié)用以提高燃機的工作穩(wěn)定性和可靠性。世界上主要的燃機供貨商都建立了針對旗下燃機機型的燃機控制系統(tǒng)的測試裝置，并設(shè)計了測試方法。主要的技術(shù)方案有以下5種:
[0003]1、純數(shù)字測試，驗證控制邏輯、優(yōu)化控制算法，采用正向編程的方式對燃機順控、停機控制和報警、遮斷等信號進行測試。
[0004]2、針對特有的設(shè)計結(jié)構(gòu)或技術(shù)，設(shè)計可以測試燃機控制系統(tǒng)性能的方案，如通用電氣公司GE利用不銹鋼冷卻空氣回路模擬燃機的“H”級冷卻技術(shù)。
[0005]3、信號調(diào)理箱，對燃機控制系統(tǒng)測試中的信號進行模擬，結(jié)構(gòu)如圖1。信號調(diào)理箱用來對傳感器信號進行模擬，其工作原理是:(I)控制器發(fā)出控制指令，執(zhí)行機構(gòu)動作；(2)傳感器將執(zhí)行機構(gòu)動作信息以模擬量的方式傳遞給信號調(diào)理箱；(3)信號調(diào)理箱將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息并傳遞給燃機模型；(4)燃機模型經(jīng)過計算將該時刻燃機狀態(tài)發(fā)送給信號調(diào)理箱；(5)信號調(diào)理箱將狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為模擬量并反饋回控制器，實現(xiàn)閉環(huán)。
[0006]4、根據(jù)物理過程模擬，通過測量具有類似物理過程的裝置的物理特性，來近似的模擬燃機運行過程。比如，機械式離心調(diào)速器的工作原理是:隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，離心飛錘遠離或靠近中心運動，其帶動的連桿將做直線上的往復(fù)運動，該直線位移量可等比例看作燃料流量的變化。有些研宄所采用機械式離心調(diào)速器模擬燃機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與燃料流量變化的對應(yīng)關(guān)系，并利用此關(guān)系來驗證燃機控制系統(tǒng)控制邏輯、優(yōu)化控制算法。
[0007]5、半物理測試，半物理測試的“半物理”是指:在整個燃機控制系統(tǒng)中只有控制對象是燃機模型，其余設(shè)備均與真實燃氣輪發(fā)電機組相同，即當去掉燃機模型而接入真實燃機時，整個半物理測試仍可以正常進行。半物理測試的設(shè)備越接近電廠實際情況，其測試效果越好。
[0008]燃機設(shè)計目的是一個成熟的工業(yè)產(chǎn)品，將為電廠發(fā)電機組提供動力。燃機控制系統(tǒng)若采用純數(shù)字的測試方式，雖然可以低成本、零風險的驗證控制邏輯和算法，但對于實際的1接口、傳感器噪聲和執(zhí)行機構(gòu)滯后等情況缺乏考慮，將嚴重影響控制系統(tǒng)的研發(fā)質(zhì)量；若采用半物理的測試方式，雖然可以最大限度的貼合電廠實際，但成本較高，需要大量人力、物力以及場地的投入；若采用信號調(diào)理的測試方式，可模擬真實的傳感器信號類型給控制器，以及將傳感器采集的信號轉(zhuǎn)化為模型可識別的信息，但無法模擬燃機的主要執(zhí)行機構(gòu)一一閥門的特性，而閥門特性是影響控制系統(tǒng)性能的主要因素之一。若采用類似物理過程的方式測試，雖然物理過程相似，但實際的測量參數(shù)可能會出現(xiàn)固有的偏差，并且由于設(shè)計結(jié)構(gòu)等原因，其比例關(guān)系不易建立，最終影響測量的性能分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何控制燃機控制系統(tǒng)測試的成本和風險，并且較真實的反映燃機各工況、運行中的參數(shù)變化的問題。
[0010]為此目的，第一方面，本發(fā)明提出一種燃機控制系統(tǒng)測試裝置，所述裝置包括:控制器、執(zhí)行模塊、1接口及轉(zhuǎn)速模塊；
[0011]所述控制器，用于在接收到上位機發(fā)送的啟動信號之后，將第一控制信號發(fā)送到所述執(zhí)行模塊；以及
[0012]接收所述轉(zhuǎn)速模塊發(fā)送的轉(zhuǎn)速反饋信號，比較所述轉(zhuǎn)速反饋信號是否與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速信號相同，若不相同，則向所述執(zhí)行模塊發(fā)送第二控制信號，以再次接收所述轉(zhuǎn)速模塊發(fā)送的轉(zhuǎn)速反饋信號并重復(fù)與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速信號的比較過程；否則，停止向所述執(zhí)行模塊發(fā)送第二控制信號；
[0013]所述執(zhí)行模塊，用于根據(jù)所述控制器發(fā)送的第一控制信號或第二控制信號，按照預(yù)設(shè)執(zhí)行動作，得到執(zhí)行信號并將所述執(zhí)行信號發(fā)送到所述1接口；
[0014]所述1接口，用于根據(jù)所述執(zhí)行模塊發(fā)送的執(zhí)行信號，按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)換規(guī)則，將所述執(zhí)行信號轉(zhuǎn)換為第三控制信號，并將所述第三控制信號發(fā)送到預(yù)設(shè)燃機模型，以使所述燃機模型根據(jù)所述第三控制信號，得到燃機轉(zhuǎn)速數(shù)字信號；以及
[0015]接收所述預(yù)設(shè)燃機模型發(fā)送的燃機轉(zhuǎn)速數(shù)字信號，將所述燃機轉(zhuǎn)速數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為燃機轉(zhuǎn)速模擬信號并將所述燃機轉(zhuǎn)速模擬信號發(fā)送到所述轉(zhuǎn)速模塊；
[0016]所述轉(zhuǎn)速模塊，用于根據(jù)所述1接口發(fā)送的燃機轉(zhuǎn)速模擬信號，得到轉(zhuǎn)速反饋信號，并將所述轉(zhuǎn)速反饋信號發(fā)送到所述控制器。
[0017]可選的，所述執(zhí)行模塊包括:執(zhí)行機構(gòu)和傳感器；
[0018]所述執(zhí)行機構(gòu)，用于根據(jù)所述控制器發(fā)送的第一控制信號或第二控制信號，按照預(yù)設(shè)執(zhí)行動作，得到執(zhí)行信號；
[0019]所述傳感器，用于采集執(zhí)行信號，并將所述執(zhí)行信號發(fā)送到所述1接口。
[0020]可選的，所述執(zhí)行機構(gòu)為閥門。
[0021]可選的，所述執(zhí)行機構(gòu)為滑臺機構(gòu)；
[0022]相應(yīng)地，所述執(zhí)行信號為位移信號；所述傳感器為位移傳感器。
[0023]可選的，所述轉(zhuǎn)速模塊包括:變頻器、伺服電機以及旋轉(zhuǎn)變壓器；
[0024]所述變頻器，用于根據(jù)所述1接口發(fā)送的燃機轉(zhuǎn)速模擬信號調(diào)整所述伺服電機的轉(zhuǎn)速，以使所述伺服電機的轉(zhuǎn)速達到燃機轉(zhuǎn)速；
[0025]所述旋轉(zhuǎn)變壓器，用于采集伺服電機轉(zhuǎn)速信號，并將所述伺服電機轉(zhuǎn)速信號作為轉(zhuǎn)速反饋信號發(fā)送到所述控制器。
[0026]可選的，所述伺服電機為連接有可調(diào)負載的伺服電機。
[0027]第二方面，本發(fā)明還提出一種基于上述裝置的燃機控制系統(tǒng)測試方法，所述方法包括:
[0028]控制器在接收到上位機發(fā)送的啟動信號之后，將第一控制信號發(fā)送到執(zhí)行模塊；
[0029]所述執(zhí)行模塊根據(jù)所述控制器發(fā)送的第一控制信號，按照預(yù)設(shè)執(zhí)行動作，得到執(zhí)行信號并將所述執(zhí)行信號發(fā)送到1接口；
[0030]所述1接口根據(jù)所述執(zhí)行模塊發(fā)送的執(zhí)行信號，按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)換規(guī)則，將所述執(zhí)行信號轉(zhuǎn)換為第三控制信號，并將所述第三控制信號發(fā)送到預(yù)設(shè)燃機模型，以使所述燃機模型根據(jù)所述第三控制信號，得到燃機轉(zhuǎn)速數(shù)字信號；
[0031]所述1接口接收所述燃機模型發(fā)送的燃機轉(zhuǎn)速數(shù)字信號，將所述燃機轉(zhuǎn)速數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為燃機轉(zhuǎn)速模擬信號并將所述燃機轉(zhuǎn)速模擬信號發(fā)送到轉(zhuǎn)速模塊；
[0032]所述轉(zhuǎn)速模塊根據(jù)所述1接口發(fā)送的燃機轉(zhuǎn)速模擬信號，得到轉(zhuǎn)速反饋信號，并將所述轉(zhuǎn)速反饋信號發(fā)送到所述控制器；
[0033]所述控制器接收所述轉(zhuǎn)速模塊發(fā)送的轉(zhuǎn)速反饋信號，比較所述轉(zhuǎn)速反饋信號是否與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速信號相同，若不相同，則向所述執(zhí)行模塊發(fā)送第二控制信號，以再次接收所述轉(zhuǎn)速模塊發(fā)送的轉(zhuǎn)速反饋信號并重復(fù)與預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速信號的比較過程