CN104535788A - 一种低转速测速和报警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低转速测速和报警装置及方法，包括设置在旋转轴上的测速感应装置，测速感应装置设置有若干个感应元件；还包括和感应元件相适配的三个非接触式传感器，每个非接触式传感器的输出端对应连接有一个频率变送器；还包括显示控制仪；三个频率变送器和显示控制仪相接，显示控制仪连接设置有信号处理电路；信号处理电路内设置有三取二冗余表决功能模块、故障判断处理功能模块、报警处理功能模块。本发明能够有效解决了现有低速测速和报警装置中存在着因使用专用测速仪表或专用PLC模块而造成的成本高，及因各种因素易出现误发报警信号，导致设备和系统安全逻辑发生连锁动作的缺陷的问题，可广泛应用于低速测速和报警领域。

Description

一种低转速测速和报警装置及方法

技术领域

本发明涉及一种低转速测速和报警装置及方法，尤其是涉及一种三取二冗余结构的非接触转速测量及停转报警装置及方法。

背景技术

在火电、水泥、化工、钢铁行业中有许多低速旋转设备，这些机械设备以每分钟0.5到600转之间的转速转动，低速旋转设备的转速直接反映了设备的运行工况，在重要场合、关键工序和重要设备中的转速是否正常，对设备的安全运行和产品质量至关重要。

比如在火电厂中的空预器以大约1转/分钟的速度转动，其稳定运行是锅炉设备安全稳定运行的重要保证。所以一旦锅炉在运行中空预器因各种原因发生停转，或误发出非真实的停转报警信号，如不能在短时间内处置和解决，将会发生设备安全逻辑保护动作的连锁反应，会造成很大经济损失。

现在测速技术方案通常都采用专用测速仪表或专用PLC模块，但是在低速测速时仍采用这种测速模式，从而将增加不少成本，特别是重要场所需要双冗余安全配置时或三冗余安全配置时，其成本将大幅增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种低转速测速和报警装置及方法，解决了现有低速测速和报警装置及方法中存在着因使用专用测速仪表或专用PLC模块而造成的成本高，及因各种因素易出现误发报警信号，导致设备和系统安全逻辑发生连锁动作的缺陷的问题。

本发明解决其技术问题的技术方案是：包括设置在旋转轴上的测速感应装置，测速感应装置设置有若干个感应元件；还包括和感应元件相适配的三个非接触式传感器，每个非接触式传感器的输出端对应连接有一个频率变送器；还包括设置有三路模拟量输入端、三路开关量输出端和三路模拟量输出端的显示控制仪；三个频率变送器的输出端和显示控制仪的三路模拟量输入端相接，显示控制仪的三路开关量输出端连接设置有信号处理电路；信号处理电路内设置有用于判断旋转轴的转速是否异常或者是否停转的三取二冗余表决功能模块，用于判断旋转轴是否非真实停转或者元器件是否有故障的故障判断处理功能模块，用于对来自三取二冗余表决功能模块及故障判断处理功能模块的信号进行综合报警处理的报警处理功能模块。

为了提高测量准确性及结构合理性，感应元件等间距分布在旋转轴外侧上，且位于同一圆周面上；感应元件的个数和被测旋转轴的转动速度、直径大小相适配。

为了便于外接其它功能模块，信号处理电路还设置有三路模拟量输出端、三路开关量输出端，及与显示控制仪的三路模拟量输出端相适配的三路模拟量输入端。

优选的，感应元件为由磁性元件或导磁材料元件构成的感应元件。

进一步，还包括支撑角钢，设置在角钢上的安装板，所述非接触式传感器可调节装载在安装板上。

优选的，显示控制仪上连接设置有保安电源。

为了节约连接电缆，还包括若干个用于远程通讯的RS485串口或MODBUS TCP/IP通讯模块。

一种低转速测速和报警方法，包括如下步骤：

步骤1：在旋转轴上装置带有若干个感应元件的测速感应装置，所有的感应元件位于旋转轴的同一个圆周上；通过带有感应元件的测速感应装置获取和旋转轴旋转速度相关的脉冲信号；

步骤2：在旋转轴外装置带有安装板的支撑角钢，然后在安装板上装配三个和测速感应装置相适配的非接触式传感器，使得每个非接触式传感器都能够通过感应元件获取和旋转轴旋转速度相关的脉冲信号；

步骤3：在每个非接触式传感器上连接一个频率变送器，频率变送器把来接收自非接触式传感器的脉冲信号进行计算处理，然后输出和被测旋转轴转速相关的模拟量信号，模拟量信号为4～20mA的电流信号；

步骤4：把三个频率变送器输出端连接到一个显示控制仪上，显示控制仪对接受自三个频率变送器的三路模拟量信号进行转速显示和信号控制处理，输出相应的三路开关量信号和输出等同于频率变送器输出的三路4～20mA模拟量信号；

步骤5：在显示控制仪输出端连接信号处理电路，信号处理电路内设置有三取二冗余表决功能模块、故障判断处理功能模块和报警处理功能模块；

信号处理电路中的三取二冗余表决功能模块对来自显示控制仪的三路开关量信号进行逻辑处理，并判断旋转轴的转速是否异常或者是否停转，同时输出转速异常信号、停转信号或正常信号给报警处理功能模块；

故障判断处理功能模块对来自显示控制仪的三路开关量信号，并判断旋转轴是否非真实停转或者元器件是否有故障，同时输出真实停转信号、元器件故障或正常信号给报警处理功能模块；

报警处理功能模块将接收自三取二冗余表决功能模块和故障判断处理功能模块的信号进行综合处理；

当接收自三取二冗余表决功能模块的信号对应旋转轴测速信号为转速异常或者停转信号时，屏蔽故障判断处理的输出，并向外输出转速异常报警信息或者停转报警信息；当接收自三取二冗余表决功能模块的信号对应旋转轴测速信号为正常信号时，同时故障判断处理功能模块接收有非真实停转或者元器件有故障信号时，报警处理功能模块向外输出故障报警信息；当三取二冗余表决功能模块和故障判断处理功能模块的判断结果均为正常信号时，报警处理功能模块向外输出正常工作状态信息。

优选的，步骤(1)中所述的感应元件的个数通过公式或计算获取，式中：k指旋转体上贴的磁钢个数；T指主轴转速脉冲周期，单位为秒；f指频率，一秒钟频率计显示的转速脉冲个数。

本发明有益效果：通过设置测速感应装置、三个非接触式传感器、三个频率变送器、显示控制仪、三取二冗余表决功能模块、故障判断处理功能模块和报警处理功能模块等各部分的相互结合，可以对转轴的转速异常、停转、故障等及时发出报警信号，实现了低转速测速和报警功能，避免了使用专用测速仪表或专用PLC模块，降低了生产成本。采用三取二冗余表决功能模块提高了低转速测速和报警装置及方法发出信号的可靠性和真实性，保证了设备的安全运行。利用故障判断处理功能模块对显示控制仪的输出信号进行判断和处理，输出非真实停转或元器件故障信号，用三取二冗余表决功能模块对显示控制仪的输出信号进行判断和处理，然后输出停转或转速异常报警信号，并发送给报警处理功能模块。再通过报警处理功能模块对由三取二冗余表决功能模块和故障判断处理功能模块输入的信号进行判断后，进行报警信息输出控制。解决了现有低转速测速和报警装置及方法易出现误发报警信号，导致设备和系统安全逻辑发生连锁动作的缺陷，同时可以及时发出故障报警信号，为处置故障争取了充裕的时间，大幅度地提高了设备运行的安全性和可靠性。

本发明能够有效解决了现有低速测速和报警装置及方法中存在着因使用专用测速仪表或专用PLC模块而造成的成本高，及因各种因素易出现误发报警信号，导致设备和系统安全逻辑发生连锁动作的缺陷的问题，可广泛应用于低速测速和报警领域。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的测速感应装置及非接触式传感器传感器部分的结构示意图。

图2为本发明的结构框图。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2所示的一种低转速测速和报警装置，包括设置在旋转轴4上的测速感应装置1，测速感应装置1设置有若干个感应元件3；还包括和感应元件3相适配的三个非接触式传感器2，每个非接触式传感器2的输出端对应连接有一个频率变送器7；还包括设置有三路模拟量输入端、三路开关量输出端和三路模拟量输出端的显示控制仪8；三个频率变送器7的输出端和显示控制仪8的三路模拟量输入端相接，显示控制仪8的三路开关量输出端连接设置有信号处理电路20；信号处理电路20内设置有用于判断旋转轴4的转速是否异常或者是否停转的三取二冗余表决功能模块9，用于判断旋转轴4是否非真实停转或者元器件是否有故障的故障判断处理功能模块10，用于对来自三取二冗余表决功能模块9及故障判断处理功能模块10的信号进行综合报警处理的报警处理功能模块11。

频率变送器7用于对非接触式传感器2输出的脉冲信号进行计算处理。当旋转轴4转动时，设置在旋转轴上的测速感应装置1会同步转动，非接触式传感器2将检测到的测速感应装置1内的感应元件磁感应强度的变化转换为与旋转频率相关的脉冲信号，并将脉冲信号送到频率变送器7输入端，频率变送器7根据测速需求设定频率与被测旋转轴4转速的对应关系，将输入的脉冲信号计算处理后输出与转速有关系的模拟信号，模拟信号为4～20mA电流信号，频率变送器7输出的模拟信号传送给显示控制仪8，然后由显示控制仪8进行转速显示和相应信号控制，并输出相应的三路开关量信号和三路模拟量信号。

三取二冗余表决功能模块9用于对显示控制仪8输出的三路开关量信号进行处理，判断旋转轴4转速是否异常或是否停转，并会发送相应的信号给报警处理功能模块11；故障判断处理功能模块10用于对判断旋转轴4是否非真实停转和元器件是否故障进行判断处理，并发送相应的信号给报警处理功能模块11；报警处理功能模块11用于对三取二冗余表决功能模块9和故障判断处理功能模块10送来的信号进行综合处理判断，进行报警输出控制，然后输出相应的报警信息。

所谓的三取二冗余是指由三个功能相同的模块组成的结构。在三个模块的输出上加一个表决器。只要三个模块中的任何两个的输出一致，表决器的输出就是该两个模块的输出的“与”逻辑。这样，三个模块即使有一个发生故障整个系统也可以正常工作。

显示控制仪8的三路通道都可独立设定转速报警值和开关量报警信号。

感应元件3等间距分布在旋转轴4外侧上，且位于同一圆周面上；感应元件3的个数和被测旋转轴4的转动速度、直径大小相适配。

测速感应装置1内设置有若干个由磁性元件或导磁材料元件构成的感应元件3。测速感应装置1可根据旋转轴4直径灵活调节和安装，测速感应装置中感应元件3的数量可以根据被测旋转轴4的转动速度和直径大小灵活选择、布置和固定。感应元件3布置的越多测量结果的误差越小。

上述的信号处理功能模块20还设置有三路模拟量输出端、三路开关量输出端，及与显示控制仪8的三路模拟量输出端相适配的三路模拟量输入端。

本低转速测试及报警装置还包括支撑角钢5，设置在角钢5上的安装板6，所述非接触式传感器2可调节装载在安装板6上。

根据本低转速测试及报警装置使用场所的重要程度，显示控制仪8上可选择连接设置保安电源12。

为了方便本低转速测试及报警装置中各装置部分进行总线通讯，进而节约各装置部分之间的连接电缆，还可以灵活选择设置若干个RS485串口或MODBUS TCP/IP通讯模块进行远程通讯。

实施例2，如图1、图2所示的一种低转速测速和报警方法，包括如下步骤：

步骤1：在旋转轴4上装置带有若干个感应元件3的测速感应装置1，所有的感应元件3位于旋转轴4的同一个圆周上；通过带有感应元件3的测速感应装置1获取和旋转轴4旋转速度相关的脉冲信号；

步骤2：在旋转轴4外装置带有安装板6的支撑角钢5，然后在安装板6上装配三个和测速感应装置1相适配的非接触式传感器2，使得每个非接触式传感器2都能够通过感应元件3获取和旋转轴4旋转速度相关的脉冲信号；

步骤3：在每个非接触式传感器2上连接一个频率变送器7，频率变送器7把来接收自非接触式传感器2的脉冲信号进行计算处理，然后输出和被测旋转轴4转速相关的模拟量信号，模拟量信号为4～20mA的电流信号；

步骤4：把三个频率变送器7输出端连接到一个显示控制仪8上，显示控制仪8对接受自三个频率变送器7的三路模拟量信号进行转速显示和信号控制处理，输出相应的三路开关量信号和输出等同于频率变送器7输出的三路4～20mA模拟量信号；

步骤5：在显示控制仪8输出端连接信号处理电路20，信号处理电路20内设置有三取二冗余表决功能模块9、故障判断处理功能模块10和报警处理功能模块11；

信号处理电路20中的三取二冗余表决功能模块9对来自显示控制仪8的三路开关量信号进行逻辑处理，并判断旋转轴4的转速是否异常或者是否停转，同时输出转速异常信号、停转信号或正常信号给报警处理功能模块10；

故障判断处理功能模块10对来自显示控制仪8的三路开关量信号，并判断旋转轴4是否非真实停转或者元器件是否有故障，同时输出真实停转信号、元器件故障或正常信号给报警处理功能模块10；

报警处理功能模块11将接收自三取二冗余表决功能模块9和故障判断处理功能模块10的信号进行综合处理；

当接收自三取二冗余表决功能模块9的信号对应旋转轴4测速信号为转速异常或者停转信号时，屏蔽故障判断处理功能模块10的输出，并向外输出转速异常报警信息或者停转报警信息；当接收自三取二冗余表决功能模块9的信号对应旋转轴4测速信号为正常信号时，同时故障判断处理功能模块10接收有非真实停转或者元器件有故障信号时，报警处理功能模块11向外输出故障报警信息；当三取二冗余表决功能模块9和故障判断处理功能模块10的判断结果均为正常信号时，报警处理功能模块11向外输出正常工作状态信息。

上述低转速测速和报警方法中，步骤(1)所述的感应元件(3)的个数通过公式或计算获取，式中：k指旋转体上贴的磁钢个数；T指主轴转速脉冲周期，单位为秒；f指频率，一秒钟频率计显示的转速脉冲个数。

Claims (9)

1.一种低转速测速和报警装置，其特征在于：包括设置在旋转轴(4)上的测速感应装置(1)，测速感应装置(1)设置有若干个感应元件(3)；还包括和感应元件(3)相适配的三个非接触式传感器(2)，每个非接触式传感器(2)的输出端对应连接有一个频率变送器(7)；还包括设置有三路模拟量输入端、三路开关量输出端和三路模拟量输出端的显示控制仪(8)；三个频率变送器(7)的输出端和显示控制仪(8)的三路模拟量输入端相接，显示控制仪(8)的三路开关量输出端连接设置有信号处理电路(20)；信号处理电路(20)内设置有用于判断旋转轴(4)的转速是否异常或者是否停转的三取二冗余表决功能模块(9)，用于判断旋转轴(4)是否非真实停转或者元器件是否有故障的故障判断处理功能模块(10)，用于对来自三取二冗余表决功能模块(9)及故障判断处理功能模块(10)的信号进行综合报警处理的报警处理功能模块(11)。

2.根据权利要求1所述的低转速测速和报警装置，其特征在于：感应元件(3)等间距分布在旋转轴(4)外侧上，且位于同一圆周面上；感应元件(3)的个数和被测旋转轴(4)的转动速度、直径大小相适配。

3.根据权利要求1或2所述的低转速测速和报警装置，其特征在于：信号处理电路(20)还设置有三路模拟量输出端、三路开关量输出端，及与显示控制仪(8)的三路模拟量输出端相适配的三路模拟量输入端。

4.根据权利要求3所述的低转速测速和报警装置，其特征在于：感应元件(3)为由磁性元件或导磁材料元件构成的感应元件。

5.根据权利要求4所述的低转速测速和报警装置，其特征在于：还包括支撑角钢(5)，设置在角钢(5)上的安装板(6)，所述非接触式传感器(2)可调节装载在安装板(6)上。

6.根据权利要求5所述的低转速测速和报警装置，其特征在于：显示控制仪(8)上连接设置有保安电源(12)。

7.根据权利要求6所述的低转速测速和报警装置，其特征在于：还包括若干个用于远程通讯的RS485串口或MODBUS TCP/IP通讯模块。

8.一种低转速测速和报警方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在旋转轴(4)上装置带有若干个感应元件(3)的测速感应装置(1)，所有的感应元件(3)位于旋转轴(4)的同一个圆周上；通过带有感应元件(3)的测速感应装置(1)获取和旋转轴(4)旋转速度相关的脉冲信号；

步骤2：在旋转轴(4)外装置带有安装板(6)的支撑角钢(5)，然后在安装板(6)上装配三个和测速感应装置(1)相适配的非接触式传感器(2)，使得每个非接触式传感器(2)都能够通过感应元件(3)获取和旋转轴(4)旋转速度相关的脉冲信号；

步骤3：在每个非接触式传感器(2)上连接一个频率变送器(7)，频率变送器(7)把来接收自非接触式传感器(2)的脉冲信号进行计算处理，然后输出和被测旋转轴(4)转速相关的模拟量信号，模拟量信号为4～20mA的电流信号；

步骤4：把三个频率变送器(7)输出端连接到一个显示控制仪(8)上，显示控制仪(8)对接受自三个频率变送器(7)的三路模拟量信号进行转速显示和信号控制处理，输出相应的三路开关量信号和输出等同于频率变送器(7)输出的三路4～20mA模拟量信号；

步骤5：在显示控制仪(8)输出端连接信号处理电路(20)，信号处理电路(20)内设置有三取二冗余表决功能模块(9)、故障判断处理功能模块(10)和报警处理功能模块(11)；

信号处理电路(20)中的三取二冗余表决功能模块(9)对来自显示控制仪(8)的三路开关量信号进行逻辑处理，并判断旋转轴(4)的转速是否异常或者是否停转，同时输出转速异常信号、停转信号或正常信号给报警处理功能模块(10)；

故障判断处理功能模块(10)对来自显示控制仪(8)的三路开关量信号，并判断旋转轴(4)是否非真实停转或者元器件是否有故障，同时输出真实停转信号、元器件故障或正常信号给报警处理功能模块(10)；

报警处理功能模块(11)将接收自三取二冗余表决功能模块(9)和故障判断处理功能模块(10)的信号进行综合处理；

当接收自三取二冗余表决功能模块(9)的信号对应旋转轴(4)测速信号为转速异常或者停转信号时，屏蔽故障判断处理功能模块(10)的输出，并向外输出转速异常报警信息或者停转报警信息；当接收自三取二冗余表决功能模块(9)的信号对应旋转轴(4)测速信号为正常信号时，同时故障判断处理功能模块(10)接收有非真实停转或者元器件有故障信号时，报警处理功能模块(11)向外输出故障报警信息；当三取二冗余表决功能模块(9)和故障判断处理功能模块(10)的判断结果均为正常信号时，报警处理功能模块(11)向外输出正常工作状态信息。

9.根据权利要求8所述的低转速测速和报警方法，其特征在于：步骤(1)所述的感应元件(3)的个数通过公式或计算获取，式中：k指旋转体上贴的磁钢个数；T指主轴转速脉冲周期，单位为秒；f指频率，一秒钟频率计显示的转速脉冲个数。