CN104405574A - 一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，包含依次连接的转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块，以及与微控制器模块连接的转速显示单元、继电器驱动单元，所述微控制模块包含比较单元和控制单元；所述转速传感器包含光源发射器、转盘、光电传感器,本发明结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量水轮发电机的转速；简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，属于监控领域。
背景技术
转速数据是水轮发电机组运行状况的重要标志之一。准确地测量机组的转速并根据转速的变化及时地进行各种必要的控制操作，以保证水轮发电机组正常、安全运行，是该监控装置应完成的功能。
目前，国内水电站使用的大多是永磁发电机加电压继电器式、机械式等旧式转速信号器，存在结构复杂、测量精度低、工作可靠性差等缺点。
在水轮发电机组控制系统中，过速保护系统作为机组控制系统的重要组成部分，主要用于防止机组出现飞翼事故照成重大的损害，当机组出现事故停机或者甩负荷时，如果出现调速器故障拒动或者导叶关闭速度过慢等情况，就需要开启事故匹配压阀直接关闭导叶。国内外水电站曾多次出现机组过速、飞翼照成的重大事故，因此提高水电机组过速保护系统的可靠性。实时检测水轮发电机组的速度尤其重要。
例如申请号为“201220703479.1”的一种水轮发电机组机械过速保护装置，包括转速检测器、配重、转速脱扣器、抱箍，转速检测器通过抱箍固定安装在机组主轴上随机组主轴转动，且在转速检测器的圆周对称位置安装配重保持平衡；转速脱扣器安装在机组主轴旁且与转速检测器留有间距；机组事故配压阀连接转速脱扣器，且在接收到电信号、液压信号或者电信号和液压信号后均会启动关机操作程序。该实用新型的有益效果是反应灵敏，只要转速脱扣器输出电信号、或者液压信号、或者电信号和液压信号两种信号都能驱动事故配压阀关机，从而启动关机操作程序，防止机组事故的发生。该实用新型虽然解决了水轮发电组转速测量，通过转速测量有效地进行过速保护，但是在测速精度方面有待进一步提升。
又如申请号为“201310276592.5”一种水轮发电机过速保护电路及其控制方法，该水轮发电机过速保护电路包括安装于水轮发电机上的n台转速测量仪、过速检测装置和过速执行装置，n台转速测量仪与过速检测装置相连，过速检测装置与过速执行装置相连，过速检测装置接收n台转速测量仪的检测信号，当有m台转速测量仪检测到水轮发电机转速超速时，过速检测装置向过速执行装置输出过速信号，调节水轮发电机转速，n为大于2的正整数，m为大于2且小于n的正整数。该发明避免过速执行装置单一的根据机组转速是否大于115%*Ne而运动，避免转速信号异常造成过速保护误动或拒动。同时，通过设立主配据动条件，避免主配拒动信号不正确而导致过速保护误动。该发明虽然解决了水轮发电组转速测量，通过转速测量有效地进行过速保护，但是在测速精度方面有待进一步提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，其结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量水轮发电机的转速。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，包含依次连接的转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块，以及与微控制器模块连接的转速显示单元、继电器驱动单元，所述微控制器模块包含比较单元和控制单元；所述转速传感器包含光源发射器、光电传感器，在水轮的转盘上设有m个感光孔，所述光源发射器将光信号垂直照射到转盘上，通过感光孔输出光信号，光电传感器将光信号转换成输出脉冲进而通过脉冲整形放大电路传输至微控制器模块计算得出水轮实际转速；
比较单元，用于根据实际转速与设定转速进行对比，若实际转速大于设定转速，则发送信号至控制单元；
控制单元，用于根据比较单元发送的信号，通过继电器驱动单元控制报警单元发出警报；
转速显示单元，用于实时显示水轮转速。
作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述m为60；
作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述微控制器模块为FLEX10K系列CPLD芯片。
作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述设定转速为3000rpm。
作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述转速显示单元为数码管。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量水轮发电机的转速；
2、简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，包含依次连接的转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块，以及与微控制器模块连接的转速显示单元、继电器驱动单元，所述微控制器模块包含比较单元和控制单元；所述转速传感器包含光源发射器、光电传感器，在水轮的转盘上设有m个感光孔，所述光源发射器将光信号垂直照射到转盘上，通过感光孔输出光信号，光电传感器将光信号转换成输出脉冲进而通过脉冲整形放大电路传输至微控制器模块计算得出水轮实际转速；
进而微控制器根据n=fp/m得出水轮转速；
其中，n为转速， fp为输出脉冲， m为感光孔数量；
比较单元，用于根据实际转速n与设定转速进行对比，若实际转速大于设定转速，则发送信号至控制单元；
控制单元，用于根据比较单元发送的信号，通过继电器驱动单元控制报警单元发出警报；
转速显示单元，用于实时显示水轮转速n。
其中，所述m为60，所述微控制器模块为FLEX10K系列CPLD芯片，所述正常转速为3000rpm，所述转速显示单元为数码管。
本发明的转速传感器采用光电式脉冲编码器，与待测发电机主轴同轴相连。传感器上均匀分布有60个感光孔，使转速为n的水轮发电机，每分钟有60n个脉冲输出，即每秒有n个脉冲，故可以通过对传感器的输出脉冲频率fp的测量得到水轮发电机的转速值n。
工作时，首先光源发射器将光信号垂直照射到转盘上，通过感光孔输出光信号，光电传感器将光信号转换成电信号输出脉冲fp,进而通过脉冲整形放大电路传输至微控制器模块计算，进而微控制器根据n=fp/m得出水轮转速；其中，n为转速， fp为输出脉冲， m为感光孔数量；通过公式可计算出水轮转速，微控制模块根据计算出的水轮转速判断分析当前转速是否在正常范围内，若超过正常转速，则驱动报警单元发出警报。
本发明所述的水轮发电机组转速监控系统是采用CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)及少量的接口器件构成的，系统的功能结构描述采用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage)。由于采用的CPLD芯片能够高密度、高速度、高性能地实现复杂数字系统的设计，使硬件设计大大简化。具有设计硬件结构简单、测量精度高、抗干扰能力强等特点。
FLEX10K系列器件是嵌入式PLD产品，每个FLEX10K器件包含一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列。嵌入式阵列由一些嵌入式阵列块组成，用于实现各种复杂的逻辑功能。逻辑阵列由逻辑阵列块组成，用于实现通用逻辑。FLEX10K器件采用可重构的CNOSSRAM单元，其结构集成了实现通用多功能门阵列所需的全部特征，器件容量可达1万～25万门。具有功耗低、互连方式灵活、支持多电压I/O接口等特点，能够高密度、高速度、高性能地将整个系统集成于单个器件中。
由于水轮发电机组的转速过低或过高都会影响发电系统正常、安全地工作，因此需相应的驱动报警电路和控制电路来保障其工作速度在允许的范围内。转速的设定值可根据实际机组的需要从CPLD的I/O功能引脚预置输入，应用VHDL语言描述，将CPLD测得的转速值与预置值比较，超限即送出信号到控制继电器组，使相应的继电器动作，驱动相应的报警电路和控制电路工作。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，其特征在于：包含依次连接的转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块，以及与微控制器模块连接的转速显示单元、继电器驱动单元，所述微控制器模块包含比较单元和控制单元；所述转速传感器包含光源发射器、光电传感器，在水轮的转盘上设有m个感光孔，所述光源发射器将光信号垂直照射到转盘上，通过感光孔输出光信号，光电传感器将光信号转换成输出脉冲进而通过脉冲整形放大电路传输至微控制器模块计算得出水轮实际转速；
比较单元，用于根据实际转速与设定转速进行对比，若实际转速大于设定转速，则发送信号至控制单元；
控制单元，用于根据比较单元发送的信号，通过继电器驱动单元控制报警单元发出警报；
转速显示单元，用于实时显示水轮转速。
2.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，其特征在于：所述m为60。
3.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，其特征在于：所述微控制器模块为FLEX10K系列CPLD芯片。
4.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，其特征在于：所述设定转速为3000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮转速监控系统，其特征在于：所述转速显示单元为数码管。
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Application publication date: 20150311 |