專利名稱：一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置和測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
汽輪發(fā)電機(jī)是電力行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，一旦發(fā)生故障，造成的損失非常嚴(yán)重。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速是汽輪機(jī)安全運(yùn)行的最重要的參數(shù)之一。轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度，穩(wěn)定性，以及測(cè)量速度都極為重要。尤其隨著機(jī)組容量的增大，自動(dòng)化程度的提高，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量的要求也越來(lái)越高。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，配套的傳感器種類繁多，各種干擾也較為嚴(yán)重，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊，在抑制干擾及傳感器的適應(yīng)型上存在一些不足，導(dǎo)致某些工況下轉(zhuǎn)速信號(hào)質(zhì)量較差影響測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量方法保證測(cè)量精度意味著測(cè)量脈沖數(shù)增加，為了避免脈沖不均勻影響轉(zhuǎn)速測(cè)量的穩(wěn)定性意味著必須測(cè)量的脈沖數(shù)為測(cè)速齒輪齒數(shù)的整倍數(shù)。這都意味著傳統(tǒng)的測(cè)量方法都需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。而對(duì)于汽機(jī)的超速保護(hù)而言，測(cè)量保護(hù)時(shí)間越短越好。傳統(tǒng)的測(cè)頻法，測(cè)周期法，測(cè)頻測(cè)周期結(jié)合法及等精度測(cè)頻法，轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度和穩(wěn)定性可以做的較高，而無(wú)法在保證精度和穩(wěn)定性的前提下，大幅的提高轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種能有效提高轉(zhuǎn)速測(cè)量速度、同時(shí)保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置包括轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊、控制模塊、超速保護(hù)輸出模塊和通訊接口模塊；所述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊與轉(zhuǎn)速傳感器相連；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊與CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件)轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊相連；所述CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊與控制模塊通過(guò)SPI通訊相連；所述控制模塊分別與超速保護(hù)輸出模塊和通訊接口相連。對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于上述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊包括數(shù)字開(kāi)關(guān)、可調(diào)電阻、八階低通濾波器、隔直電路、比較器和緩沖器；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)切入可調(diào)電阻；所述數(shù)字開(kāi)關(guān)依次連接八階低通濾波器、隔直電路、比較器和緩沖電路；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)緩沖電路與所述CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊相連。CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊包括多路獨(dú)立的測(cè)頻邏輯電路；所述測(cè)頻邏輯電路交錯(cuò)并行測(cè)量、串行輸出。其中測(cè)頻邏輯電路為三路，三路測(cè)量相位上錯(cuò)開(kāi)120°，每路完成360°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值；或測(cè)頻邏輯電路為六路，六路測(cè)量相位上錯(cuò)開(kāi)120°，每路完成720°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值。本發(fā)明還提供了一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟
(1)所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)， 送至CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊；(2)CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊將測(cè)得的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)經(jīng)SPI通訊傳送給控制模塊；
(3)控制模塊根據(jù)超速保護(hù)輸出模塊輸出動(dòng)作信號(hào)，并通過(guò)通訊接口將轉(zhuǎn)速值輸出。其中，步驟(1)中轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理模塊的調(diào)理過(guò)程為轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)一級(jí)八階低通濾波器濾除高頻干擾，然后通過(guò)隔直電路去除直流分量，再送入比較器輸出脈沖信號(hào)，最后通過(guò)一級(jí)緩沖電路整形后輸出至CPLD。比較器的比較門檻電壓通過(guò)數(shù)字電位器分壓設(shè)定。步驟(2)中CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊的轉(zhuǎn)速測(cè)量過(guò)程為所述脈沖信號(hào)進(jìn)入三路獨(dú)立的測(cè)頻邏輯電路，三路測(cè)頻邏輯電路依次延遲120°啟動(dòng)，每路完成360°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)后，由CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量，速度更快，且測(cè)量精確、穩(wěn)定。2、采用具有八階低通濾波器、一級(jí)隔直電路、一級(jí)門檻數(shù)字可調(diào)的比較器、一級(jí)緩沖器和一級(jí)輸入阻抗數(shù)字可調(diào)電路的高可靠轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊，能適應(yīng)更多種類傳感器，包括工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用最多的磁阻傳感器和電渦流傳感器；同時(shí)八階低通濾波器對(duì)高頻干擾的抑制能力很強(qiáng)，能將干擾濾得更徹底；比較器門檻可數(shù)字調(diào)節(jié)，使用更方便靈活；輸入阻抗數(shù)字可調(diào)，降低了對(duì)傳感器和測(cè)速齒輪的要求傳感器和測(cè)速齒輪配合不佳時(shí)，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)畸變，適當(dāng)?shù)慕档洼斎胱杩箍梢杂行У囊种苹儙?lái)的影響。3、CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊采用三路測(cè)頻邏輯電路進(jìn)行交錯(cuò)并行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間縮短至1/3 傳統(tǒng)的測(cè)量方式是每轉(zhuǎn)動(dòng)360更新一個(gè)轉(zhuǎn)速，本測(cè)量方法為每轉(zhuǎn)動(dòng)120°即更新一次轉(zhuǎn)速；且測(cè)量邏輯完全在一片CPLD內(nèi)實(shí)現(xiàn)，保證了成本的低廉性；三路測(cè)量取自同一轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊，不增加硬件成本；測(cè)量精度和測(cè)量時(shí)間上更容易平衡=CPLD資源如果充足，如需提高測(cè)量精度而不加長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，可增加測(cè)量路數(shù)，如六路測(cè)量，每路測(cè)量 720° (二轉(zhuǎn))后，更新轉(zhuǎn)速值。


圖1為本發(fā)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊的電路示意圖。圖3為圖1中CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊的測(cè)量方法示意圖。圖中，1-轉(zhuǎn)速信號(hào)，2-轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊，3-CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊隔離模塊， 4-控制模塊5-通訊接口，6-超速保護(hù)輸出模塊，7-其它設(shè)備，21-數(shù)字開(kāi)關(guān)，22-可調(diào)電阻， 23-八階低通濾波器，24-隔直電路，25-比較器，26-緩沖器，27-數(shù)字電位器，28-脈沖信號(hào)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置及測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1所示本發(fā)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，包括轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)理模塊2、CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊3、控制模塊4、超速保護(hù)輸出模塊6和通訊接口 5。轉(zhuǎn)速傳感器1輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)理模塊2調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)觀后，送至CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊3測(cè)量，通過(guò)高速SPI通訊將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給控制模塊4，再根據(jù)超速保護(hù)輸出模塊6輸出動(dòng)作信號(hào)，同時(shí)通過(guò)冗余的通訊接口 5將轉(zhuǎn)速值傳送給其他設(shè)備7使用。參見(jiàn)圖2，轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模2包括數(shù)字開(kāi)關(guān)21、可調(diào)電阻22、八階低通濾波器23、隔直電路24、比較器25和緩沖器26。轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊2通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)21 切入可調(diào)電阻22，改變模塊的輸入阻抗。數(shù)字開(kāi)關(guān)21依次連接八階低通濾波器23、隔直電路24、比較器25和緩沖電路26，緩沖電路沈輸出脈沖信號(hào)28至CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊3。參見(jiàn)圖3，CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊3包括三路獨(dú)立的測(cè)頻邏輯電路，三路測(cè)量相位上錯(cuò)開(kāi)120°，每路完成360°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值。結(jié)合圖1、圖2和圖3，本發(fā)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法為
(1)轉(zhuǎn)速傳感器輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)1，輸入經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模2。轉(zhuǎn)速信號(hào)1經(jīng)過(guò)一級(jí)八階低通濾波器23，濾除高頻干擾。然后通過(guò)隔直電路M，去除直流分量，再送入比較器 25，輸出脈沖信號(hào)。比較器25的比較門檻通過(guò)數(shù)字電位器27分壓設(shè)定。比較器25輸出的脈沖再經(jīng)一級(jí)緩沖器沈進(jìn)行信號(hào)整形形成上升下降沿陡峭的脈沖信號(hào)觀，輸出至CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊3。(2)脈沖信號(hào)觀進(jìn)入3路獨(dú)立的測(cè)頻邏輯電路，3路測(cè)量依次延遲120°啟動(dòng)。每一路測(cè)量360°后置轉(zhuǎn)速測(cè)量完畢標(biāo)志，計(jì)算出轉(zhuǎn)速，每隔120°即更新一次轉(zhuǎn)速，每次更新的轉(zhuǎn)速都測(cè)量了 360° (—周)。假定測(cè)速齒輪數(shù)為60個(gè)，則第2路測(cè)頻邏輯電路較1延遲20個(gè)齒輪啟動(dòng)，第3路測(cè)頻邏輯電路較2延遲20個(gè)齒輪啟動(dòng)。(3)控制模塊4根據(jù)超速保護(hù)輸出模塊6輸出動(dòng)作信號(hào)，并通過(guò)冗余的通訊接口 5 將轉(zhuǎn)速值輸出至其它設(shè)備7使用。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，該裝置與轉(zhuǎn)速傳感器相連，其特征在于所述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置包括轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊、控制模塊、超速保護(hù)輸出模塊和通訊接口模塊； 所述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊與轉(zhuǎn)速傳感器相連；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊與CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊相連；所述CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊與控制模塊通過(guò)SPI 通訊相連；所述控制模塊分別與超速保護(hù)輸出模塊和通訊接口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊包括數(shù)字開(kāi)關(guān)、可調(diào)電阻、八階低通濾波器、隔直電路、比較器和緩沖器；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)切入可調(diào)電阻；所述數(shù)字開(kāi)關(guān)依次連接八階低通濾波器、 隔直電路、比較器和緩沖電路；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)緩沖電路與所述CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊包括多路獨(dú)立的測(cè)頻邏輯電路；所述測(cè)頻邏輯電路交錯(cuò)并行測(cè)量、串行輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述測(cè)頻邏輯電路為三路，三路測(cè)量相位上錯(cuò)開(kāi)120°，每路完成360°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于所述測(cè)頻邏輯電路為六路，六路測(cè)量相位上錯(cuò)開(kāi)120°，每路完成720°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟(1)所述轉(zhuǎn)速傳感器輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)， 送至CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊；(2)CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊將測(cè)得的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)經(jīng)SPI通訊傳送給控制模塊；(3 )控制模塊根據(jù)超速保護(hù)輸出模塊輸出動(dòng)作信號(hào)，并通過(guò)通訊接口將轉(zhuǎn)速值輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(1)中轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理模塊的調(diào)理過(guò)程為轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)一級(jí)八階低通濾波器濾除高頻干擾，然后通過(guò)隔直電路去除直流分量，再送入比較器輸出脈沖信號(hào)，最后通過(guò)一級(jí)緩沖電路整形后輸出至CPLD。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測(cè)量方法，其特征在于所述比較器的比較門檻通過(guò)數(shù)字電位器分壓設(shè)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(2)中CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊的轉(zhuǎn)速測(cè)量過(guò)程為所述脈沖信號(hào)進(jìn)入三路獨(dú)立的測(cè)頻邏輯電路，三路測(cè)頻邏輯電路依次延遲120°啟動(dòng)，每路完成360°測(cè)量后，更新轉(zhuǎn)速值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置及測(cè)量方法。該裝置包括轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊、控制模塊、超速保護(hù)輸出模塊和通訊接口模塊；所述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊與轉(zhuǎn)速傳感器相連；所述轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)調(diào)理模塊與CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊相連；所述CPLD轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊與控制模塊通過(guò)SPI通訊相連；所述控制模塊分別與超速保護(hù)輸出模塊和通訊接口相連。本發(fā)明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法測(cè)量速度快，且精確、穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01P3/481GK102495225SQ20111041622
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者姚美常, 杭哲, 趙國(guó)海 申請(qǐng)人:南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司