CN106018867B

CN106018867B - 转速探头切换及修复装置

Info

Publication number: CN106018867B
Application number: CN201510138826.9A
Authority: CN
Inventors: 陆洪波; 成涛; 顾蓉
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: CN106018867A

Abstract

本发明提供一种转速探头切换及修复装置。本发明的转速探头切换及修复装置，包括三支转速探头，三支转速探头分别接入探头自动修复电路的输入端，所述的探头自动修复电路的输出接至转速前置器的输入端，转速前置器的输出端接至转速探头无扰动切换电路的输入端，在转速探头无扰动切换电路内进行F/V转换，得到的电压信号Va、Vb、Vc输出至DCS控制的输入端，DCS控制的Dx、Dy输出开关接点送至转速探头无扰动切换电路来控制IC7二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路进行信号切换，通过V/F转换得到的频率信号输出至505数字控制器的输入端进行转速测量。本发明实现转速不间断无波动连续测量，并能现场自动修复故障探头。

Description

转速探头切换及修复装置

技术领域：

本发明涉及一种转速探头切换及修复装置，用于汽轮机505数字电液控制装置的转速测量、保护和控制等场合进行转速探头无扰动切换及现场自动修复。

背景技术：

美国WOODWARD公司的505数字电液控制装置是专门为蒸汽透平机组设计的一种调速装置。据统计，在我国中小型热电和钢铁行业中，有70%以上的汽轮机组使用了505数字电液控制装置，用于参与机组的启停机、转速、功率以及相关保护的控制。505最多可以接收2个转速信号，无论是启停机、转速控制还是功率控制，转速信号是505至关重要的输入信号，因此其稳定可靠，对机组稳定运转，起着至关重要的作用。在505的控制逻辑中，当判断到两个转速探头故障或者检测到机组转速超过设定的跳机转速时，505将发出急停信号，紧急跳机以保护机组安全。转速探头分为有源探头和无源探头两类，无源探头存在安装间隙小，信号弱，易受周围电磁干扰等缺陷。有源探头内置放大整形电路，输出为幅度在3-12V的方波信号，抗干扰能力强，安装间隙大，被广泛应用，但有源探头由于内置放大整形电路，其制造工艺、材质等因素，以及探头周围的润滑油因与高速旋转的转子摩擦而产生的弱静电或长期运行，油品下降，润滑油内的导磁物质等影响，容易引起放大器自激，产生信号阻塞，导致探头失效，在实际工作中，这种软故障占探头总故障的70%左右，遇到此类故障，一般是切断探头电源，对探头引出线短路接地，以释放探头内电荷来解决；在正常运行中，某一探头的失速和超速，也会引起505发出紧急跳机指令，造成机组停机。所以无论是何种原因引起探头故障，在切断、接通探头电源的瞬间或在线更换备用转速信号线时，在线接、拆信号线，都会对转速检测产生干扰，有可能引起505判断为两个转速探头故障或者超速保护动作（505选取两个转速中的高值）或者失速，从而发出紧急跳机指令。而且，单探头运行会给机组安全稳定运行带来了极大的风险，所以必须研制出一种能实现转速探头无扰动切换及现场自动修复功能的装置，来解决这个问题，确保505接受两个稳定可靠的转速信号。

发明内容:

本发明的目的是提供一种转速探头切换及修复装置，即时进行无扰动切换故障探头，实现转速不间断无波动连续测量，并能现场自动修复故障探头，解决了转速探头故障时不能在线更换，而单探头运行又给机组安全稳定运行带来了极大的风险等问题。

上述的目的通过以下技术方案实现：

转速探头切换及修复装置，包括三支转速探头，三支转速探头分别接入探头自动修复电路的输入端，所述的探头自动修复电路的输出接至转速前置器的输入端，转速前置器的输出端接至转速探头无扰动切换电路的输入端，在转速探头无扰动切换电路内进行F/V转换，得到的电压信号Va、Vb、Vc输出至DCS控制的输入端，进行转速探头在线即时判断，DCS控制的Dx、Dy输出开关接点送至转速探头无扰动切换电路来控制IC7二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路进行信号切换，通过V/F转换得到的频率信号输出至505数字控制器的输入端进行转速测量；DCS控制的Da、Db、Dc输出开关接点送至所述的探头自动修复电路来控制IC1~IC3为四通道单刀双掷数字控制模拟开关电路进行转速探头测量和自动修复。

有益效果：

1.F/V和V/F转换集成电路的应用，利用电容两端电压不能突变的功能，使转速探头在切换过程中实现了转速不间断无波动连续测量；

2）在线即时判断功能，实现了探头在线自动无扰动切换，解决了转速探头故障时不能在线更换，而单探头运行又给机组安全稳定运行带来了极大的风险的问题；

3）探头自动修复电路，对于因静电、导磁物质等因素引起探头自激而失效的软故障进行自动修复，恢复探头原有功能；

附图说明：

图1为本发明的原理框图，

图中：1—转速探头、2—探头自动修复电路、3—转速前置器、4—转速探头无扰动切换电路、5—DCS控制、6—505数字控制器；

图2为本发明的线路图；

图3为DCS控制逻辑图。

具体实施方式：

如图1所示：本实施例的转速探头切换及修复装置，包括三支转速探头，三支转速探头分别接入探头自动修复电路的输入端，所述的探头自动修复电路的输出接至转速前置器的输入端，转速前置器的输出端接至转速探头无扰动切换电路的输入端，在转速探头无扰动切换电路内进行F/V转换，得到的电压信号Va、Vb、Vc输出至DCS控制的输入端，进行转速探头在线即时判断，DCS控制的Dx、Dy输出开关接点送至转速探头无扰动切换电路来控制IC7二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路进行信号切换，通过V/F转换得到的频率信号输出至505数字控制器的输入端进行转速测量；DCS控制的Da、Db、Dc输出开关接点送至所述的探头自动修复电路来控制IC1~IC3为四通道单刀双掷数字控制模拟开关电路进行转速探头测量和自动修复。

图一为本发明的结构框图，三支转速探头1，分别接入探头自动修复电路2，探头自动修复电路2内的三个四通道单刀双掷数字控制模拟开关电路由DCS控制5的Da、Db、Dc三个数字量输出卡件的开关接点来控制。同时，DCS控制5通过模拟量输入卡件接受三支转速探头1经过转换后的模拟量信号，并在DCS上位机画面上显示三个转速Va、Vb、Vc。若三个探头均能正常工作，DCS控制5经过逻辑判断，Da、Db、Dc均输出常开接点，转速探头1由开关电路切换至转速前置器3输入端。当某一探头故障（以A探头为例），DCS画面显示A探头红色故障指示灯点亮并且闪烁，同时发出报警声音（此声音需要操作员确认才能消除）。同时DCS控制5发出60秒的控制指令，Da输出闭合接点，A探头由开关电路切换至释放回路，A探头的引出线通过电阻对地释放电荷，进行自动修复，60秒钟后，DCS控制5的Da输出恢复常开接点，A探头重新接入测量回路，以检测修复是否成功，若成功，红色故障指示灯灭，若失败，红色故障指示灯持续点亮并且不闪烁，提示60S中修复失败信息，这样操作员经过声光提示后可及时根据生产情况及时安排检修。

转速探头测得的转速信号经前置隔离器输出6V左右的方波给输出至转速探头无扰动切换电路4的F/V转换集成电路的输入端，其输出的0-10V，与0-100Hz的输入相对应，F/V转换集成电路的输出的模拟量分两路，一路给DCS控制5，进行检测转速探头1的好坏；一路给二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路的输入端，二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路由DCS控制5的Dx、Dy输出开关接点来控制。若三个探头均能正常工作，DCS控制5的Dx、Dy均输出常开接点，则Va、Vb通过开关电路分别接入V/F转换集成电路的输入端，其输出的0-100Hz，与0-10V的输入相对应，Vc信号备用。V/F转换集成电路的输出进入505数字控制器6的输入端，进行转速控制，DCS画面上显示当前505使用的是A通道和B通道。当检测出C探头故障，DCS控制5的Dx、Dy均输出开路接点，则Va、Vb通过开关电路分别接入V/F转换集成电路的输入端，当检测出B探头故障，DCS控制5的Dx输出常开接点、Dy均输出闭合接点，Va、Vc通过开关电路分别接入V/F转换集成电路的输入端，DCS画面上显示当前505使用的是A通道和C通道。60秒钟后，DCS控制5检测B转速探头修复是否成功，若成功，回路依然恢复转速信号A、B通道检测，转速信号C通道备用,DCS画面上显示当前505使用的是A通道和B通道。；若失败，回路持续转速信号A、C通道检测，等待停机更换B转速探头；当检测出A探头故障，DCS控制5的Dx、Dy均输出闭合接点，Vb、Vc通过开关电路分别接入V/F转换集成电路的输入端，DCS画面上显示当前505使用的是B通道和C通道,60秒钟后，DCS控制5检测A转速探头修复是否成功，若成功，回路依然恢复转速信号A、B通道检测，转速信号C通道备用；若失败，回路持续转速信号B、C通道检测，等待停机更换A转速探头。

图二为本发明的线路图，IC4~IC6为F/V转换集成电路和IC8~IC9为V/F转换集成电路，均采用LM331集成块，其线性度好，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；最大转换误差小于0.01％，变换精度高，数字分辨率可达12位。

在F/V变换时输出电压Vo与输入频率Fi的关系为（以IC4为例）：

Vo=(2.09×R13×R16×C2×Fi)/W1

输入频率的量程范围0-100Hz，相对应的输出电压为0-10V。

在V/F变换时输出频率Fo和输入电压Vi的关系为（以IC8为例）：

Fo=(Vi×W4)/(2.09×R30×R29×C11)

输入电压的量程范围0-10V，相对应的输出频率为0-100Hz。

在转速探头切换过程中，不可避免会产生电压传输的波动，这在连续测量和控制过程中是不允许的，IC8~IC9为V/F转换集成电路输入端的电容C10、C13的作用就是避免这种情况的发生，由于电容两端的电压不能突变，所以在切换瞬间可以保持输入电压不变。

IC1~IC3为四通道单刀双掷数字控制模拟开关电路，集成块引脚1为控制端，受DCS控制5的Da、Db、Dc输出开关接点来控制，以IC1为例，当DCS控制5的Da输出常开接点，集成块引脚1控制端为低电平，引脚4-2，7-5，9-11，12-14导通，转速探头A接入转速前置器输入端；当DCS控制5的Da输出闭合接点，电源V_D通过R35、Da闭合接点、R36，使集成块引脚1控制端为高电平，引脚4-3，7-6，9-10，12-13导通，转速探头A脱离转速前置器输入端，分别与R1、R2、R3、R4接通，转速探头A的引出线通过电阻对地释放电荷，进行自动修复。R1~R12为阻值1KΩ，功率1W的电荷释放电阻，其作用是防止转速探头内电荷对地释放所产生的大电流，对探头内置放大整形电路的损害。

IC7为二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路，集成块引脚9、10为X、Y两个二进制控制输入端，受DCS控制5的Dx、Dy输出开关接点来控制，当DCS控制5的Dx、Dy均输出常开接点，则集成块X、Y控制端为0、0，引脚12-13，1-3，导通，Va、Vb通过开关电路分别接入IC8、IC9V/F转换集成电路的输入端；当DCS控制5的Dx输出常开接点、Dy均输出闭合接点，则集成块X、Y控制端为0、1，引脚14-13，5-3，导通，Vc、Va通过开关电路分别接入IC8、IC9V/F转换集成电路的输入端；当DCS控制5的Dx、Dy均输出闭合接点，则集成块X、Y控制端为1、1，引脚11-13，4-3，导通，Vb、Vc通过开关电路分别接入IC8、IC9V/F转换集成电路的输入端。

图三为DCS控制逻辑图，转速探头无扰动切换电路4输出的Va、Vb、Vc经过DCS控制5的模拟量输入通道后，进入逻辑判断模块的三个比较器（COMP）输入端，其输出的数字量信号分别为Cab、Cbc、Cac，比较器的死区设为2.5Hz,当Va、Vb、Vc三个信号一致时，比较器（COMP）输出Cab、Cbc、Cac均为“0”；当有一个转速信号与其余转速信号的差异超过2.5Hz时（以Va为例），则Cab、Cac输出为“1”、Cbc输出为“0”。

Cab、Cbc、Cac与Dx、Dy的逻辑关系由表1所示：

Cab	Cbc	Cac	Dx	Dy
					0	0	0	0	0
0	1	1	0	0
					1	1	0	0	1
1	0	1	1	1

表1

Cab、Cbc、Cac与Da'、Db'、Dc'的逻辑关系由表2所示：

Cab	Cbc	Cac	Da'	Db'	Dc'
						0	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	1
						1	1	0	0	1	0
1	0	1	1	0	0

表2

当Da'、Db'、Dc'均为“0”时，则Da、Db、Dc输出为“0”；当有一个信号为“1”（以Da'为例），触发alarm1模块，使DCS画面显示A探头红色故障指示灯点亮并且闪烁发出报警声音，同时触发上升沿脉冲模块，脉冲时间设为60秒，使Da为“1”，提供给探头60秒的修复指令，60秒钟后Da重新为“0”。若此时Da'为“0”，alarm1模块翻转，使DCS画面显示A探头红色故障指示灯灭，若此时Da'仍为“1”，alarm1模块保持报警状态，并显示A通道修复失败信息，上升沿触发脉冲模块不会再次触发，Da仍为“0”。这样操作员经过声光提示后可及时根据生产情况及时安排检修。

Dx、Dy和Da、Db、Dc为“0”，DCS控制5输出的接点信号为常开接点；Dx、Dy和Da、Db、Dc为“1”，DCS控制5输出的接点信号为闭合接点。

综上所述，本发明利用DCS组态，能在线判即时断转速探头故障，F/V和V/F转换集成电路的应用，利用电容两端电压不能突变的功能进行无扰动切换故障探头，实现转速不间断无波动连续测量，并能现场自动修复大部分转速探头软故障，解决了转速探头故障时不能在线更换，而单探头运行又给机组安全稳定运行带来了极大的风险等问题的装置。其结构新颖简单、安装调试方便，充分保障生产安全稳定运行，值得推广应用。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上所作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种转速探头切换及修复装置，包括三支转速探头，其特征是：三支转速探头分别接入探头自动修复电路的输入端，所述的探头自动修复电路的输出接至转速前置器的输入端，转速前置器的输出端接至转速探头无扰动切换电路的输入端，在转速探头无扰动切换电路内进行F/V转换，得到的电压信号Va、Vb、Vc输出至DCS控制的输入端，进行转速探头在线即时判断，DCS控制的Dx、Dy输出开关接点送至转速探头无扰动切换电路来控制IC7二通道4X单刀单掷数字控制模拟开关电路进行信号切换，在V/F转换集成电路输入端设置电容，利用电容两端电压不能突变的功能进行无扰动切换故障探头，实现转速不间断无波动连续测量，通过V/F转换得到的频率信号输出至505数字控制器的输入端进行转速测量；DCS控制的Da、Db、Dc输出开关接点送至所述的探头自动修复电路来控制IC1~IC3四通道单刀双掷数字控制模拟开关电路进行转速探头测量和自动修复。