CN110927400A - 一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法，测速装置包括PLC，所述PLC上连接有超速继电器，所述超速继电器通过开关接线与电感式接近开关连接，所述电感式接近开关安装在固定支架前端，所述固定支架的后端通过固定螺栓连接在齿轮箱上，所述齿轮箱位于叶轮锁紧环上。本发明通过基于电感式接近开关的叶轮测速装置对风机叶轮的速度进行检测，测速装置的结构简单、成本低、防护等级高，且电感式接近开关测速具有工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等特点，无需专门的采集模块，大大的降低了电气控制成本，使得现场维护方便，提高了风力发电机运行的可靠率，减少了维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及风机叶轮速度检测技术领域，具体来说，涉及一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法。
背景技术
风力发电机是将风能转换为机械能，再将机械能转换为电能的电力设备。风力发电机组吸收风能带动叶轮旋转，通过齿轮箱增速后带动发电机转动进行发电，在风力发电机运行过程中，需要对叶轮转速进行监测，当监测到叶轮转速异常时会将风机保护停机。
目前在风机叶轮速度检测中，一般采用滑环编码器的形式进行跟踪计算，设置有一个置于滑环内部将旋转位移转换成数字脉冲信号的接触式编码器，滑环直接安装于齿轮箱轴线处，其内部编码器通过采集齿轮箱低速端转速作为与其同步的风机叶轮转速传入PLC参与风机逻辑控制。但是，滑环编码器在使用过程中对外部环境要求比较高，而风机叶轮运转具有结构复杂、震动大的特性，并且在比较大的电气系统中，有时电气信号会出现衰减或受到干扰，进而影响测量数据的准确性和可靠性，而且，机组长期运行容易出现内置编码器故障，在对其进行故障处理时拆解滑环极易造成滑环本体故障，导致机组停机影响发电量的同时也增加了消缺成本，由于滑环价格较贵，在恶劣环境下故障率较高，也会造成运维成本的上升。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，包括PLC，所述PLC上连接有超速继电器，所述超速继电器通过开关接线与电感式接近开关连接，所述电感式接近开关安装在固定支架前端，所述固定支架的后端通过固定螺栓连接在齿轮箱上，所述齿轮箱位于叶轮锁紧环上。
进一步的，所述电感式接近开关由感应磁罐、振荡器、开关电路及放大输出电路组成。
进一步的，所述固定支架为L形。
其中，所述固定支架前端设置有支架孔，所述支架孔距离所述电感式接近开关前端20mm处，所述固定支架前端与所述叶轮锁紧环的距离为30mm。
进一步的，所述叶轮锁紧环外圈均匀分布有12个叶轮锁孔。
进一步的，所述电感式接近开关边缘距所述叶轮锁孔边缘5mm。
本发明还提供一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置的测速方法，包括以下步骤:
S1：将固定支架固定在齿轮箱筋上及叶轮锁紧环的侧面；
S2：调整电感式接近开关的感应面与叶轮锁孔边缘的距离，使电感式接近开关在接近叶轮锁紧环实心处时可以感应并产生信号，在叶轮锁紧环上的叶轮锁孔处不能感应并产生信号；
S3：当叶轮锁紧环实心处经过电感式接近开关时，电感式接近开关开始记录信号，叶轮锁孔经过电感式接近开关时，一个信号记录完成，继续记录信号；
S4：根据电感式接近开关所记录单位时间内的脉冲数量，获取叶轮锁紧环的转速，再通过计算机程序计算叶轮转速。
进一步的，对于所述步骤S2，电感式接近开关利用涡流效应使振荡器出现震荡及停振两种状态，将电信号通过放大输出电路转换成二进制的数字信号，在PLC上显示出脉冲波。
进一步的，对于所述步骤S3，叶轮锁紧环与叶轮相连且同步运转，即叶轮旋转一圈的时间与叶轮锁紧环旋转一圈的时间一致，叶轮锁紧环的转速与叶轮转速相等，电感式接近开关产生的信号数量与叶轮锁孔数量相同时，表示叶轮旋转一周。
本发明的有益效果：本发明将叶轮测速功能从滑环中剥离出来，设计出一套基于电感式接近开关的独立测速装置，结构简单、成本低、防护等级高，更能适应恶劣环境，风机运行更加安全、稳定；通过超速继电器接入安全链，当检测到超速信号，能够有效的出发安全链，控制风机停机，能够很好的起到安全保护作用；输出信号为数字信号，相较于模拟信号，抗干扰性能更强，且本装置独立于滑环，没有其它电信号的干扰，输出更加平稳；相较于编码器，电感式接近开关不与被测物体直接接触，减少了磨损和振动影响，使用寿命更加长久，且电感式接近开关价格低廉，易于维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法的电感式接近开关原理图；
图2是根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法的电感式接近开关位置示意图；
图3是根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法的电感式接近开关位置局部放大示意图；
图4是根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法的测速装置示意图；
图5是根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法的叶轮锁紧环示意图；
图6是根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法的脉冲波形示意图。
图中：
1、电感式接近开关；2、固定支架；3、开关接线；4、超速继电器；5、PLC；6、叶轮锁紧环；7、叶轮锁孔；8、感应距离。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，根据本发明实施例所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，包括PLC5，PLC5上连接有超速继电器4，超速继电器4通过开关接线3与电感式接近开关2连接，电感式接近开关2安装在固定支架2前端，固定支架2的后端通过固定螺栓连接在齿轮箱上，齿轮箱位于叶轮锁紧环6。
在一具体实施例中，电感式接近开关1由感应磁罐、振荡器、开关电路及放大输出电路组成。
在一具体实施例中，固定支架2为L形。
优选的，固定支架2前端设置有支架孔，支架孔距离电感式接近开关1前端20mm处，固定支架2前端与叶轮锁紧环6的距离为30mm。
在一具体实施例中，叶轮锁紧环6外圈均匀分布有12个叶轮锁孔7。
在一具体实施例中，电感式接近开关1边缘距叶轮锁孔7边缘5mm。
本发明还提供一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置的测速方法，包括以下步骤:
S1：将固定支架2固定在齿轮箱筋上及叶轮锁紧环6的侧面；
S2：调整电感式接近开关1的感应面与叶轮锁孔7边缘的距离，使电感式接近开关1在接近叶轮锁紧环6实心处时可以感应并产生信号，在叶轮锁紧环6上的叶轮锁孔7处不能感应并产生信号；
S3：当叶轮锁紧环6实心处经过电感式接近开关1时，电感式接近开关1开始记录信号，叶轮锁孔7经过电感式接近开关1时，以此为一个周期，一个信号记录完成，再继续记录信号；
S4：根据电感式接近开关1所记录单位时间内的脉冲数量，获取叶轮锁紧环6的转速，再通过计算机程序计算叶轮转速。
在一具体实施例中，对于所述步骤S2，电感式接近开关1利用涡流效应使振荡器出现震荡及停振两种状态，将电信号通过放大输出电路转换成二进制的数字信号，在PLC上显示出脉冲波。
在一具体实施例中，对于所述步骤S3，叶轮锁紧环6与叶轮相连且同步运转，即叶轮旋转一圈的时间与叶轮锁紧环6旋转一圈的时间一致，叶轮锁紧环6的转速与叶轮转速相等，电感式接近开关1产生的信号数量与叶轮锁孔7数量相同时，表示叶轮旋转一周。
在一具体实施例中，根据电感式接近开关1所记录单位时间内的脉冲数量，获取叶轮锁紧环6的转速，间接获取被测叶轮的转速，例如接近开关的采样时间为t，记录到的脉冲数为Q，接近开关旋转一周的脉冲数为q，叶轮的实际转速V=(Q/q)/t。
在一具体实施例中，本发明使用鲁能康保二期风电场3MW机组及5MW机组为研究对象。
优选的，康保风电场二期于2019年3月份分别在一台3MW风机和一台5MW风机进行了测试、运行，目前为止未出现过故障，风机运行效果良好，速度测量更加稳定，且滑环的故障率也因编码器的停用而降低，目前正在康保风电场二期全面应用。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本发明所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置和测速方法，首先安装电感式接近开关，先将接近开关安装到的固定支架前端，保证支架的孔位于接近开关可调部分，支架孔距离接近开关前端20mm处，然后用扳手将葛兰固定；接下来进行固定支架的安装，安装时需进行测量，保证支架前段距叶轮锁紧盘30mm，接近开关边缘距叶轮锁紧盘孔边缘5mm，该步骤是为了避免叶轮锁盘旋转时接近开关对准叶轮锁孔的圆心位置，此时，在齿轮箱筋上定合适的螺栓位置，打两个适合M8螺栓的螺纹孔，固定支架末端有相应的螺栓孔，用M8螺栓将支架固定在齿轮箱上及叶轮锁紧环的侧面。支架安装完成后，需保证接近开关前端距叶轮锁紧盘不大于10mm，接近开关边缘距叶轮锁紧盘孔边缘5mm，若接近开关前端距叶轮锁紧盘的距离过大或者过小，可用扳手进行微调处理，接近开关安装完成后对原开关接线进行替换并进行超速传感器相应参数设置后即可试运行。然后可手动启桨，将发电机转速分别升至600/700/800/900/1000/1100/1200rpm，对比低速端和高速端转速输出信号，若并网运行8小时无异常，说明本发明的装置改进和使用方法是成功的。在项目实施过程中，接近开关其中一路通过电缆开关接线与 PLC 的数字量输入通道连接，在风机运转过程中，PLC通过设定的公式程序，计算得出叶轮的实际转速，给控制系统一个精确的叶轮转速；接近开关另一路发出的脉冲信号被TUCK超速继电器采集并记录，给风机一个速度保护信号，从而保证风机的安全运行。
综上所述，本发明为叶轮转速的测量，提供了一种简单、可靠的思路和方法，为控制系统提供精确可靠的数据参数，避免了采用滑环编码器进行测速时对外部环境要求高、在比较大的电气系统中可能会出现电气信号衰减和易受干扰的缺点。接近开关测速具有工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等特点，无需专门的采集模块，大大的降低了电气控制成本，使得现场维护方便，提高了风力发电机运行的可靠率，减少了维护费用。康保风电场二期的部分机组已完成接近开关测速方法改造工作，且风机运行状况良好，稳定性提高，故障率降低，可进行进一步推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，包括PLC（5），其特征在于，所述PLC（5）上连接有超速继电器（4），所述超速继电器（4）通过开关接线（3）与电感式接近开关（2）连接，所述电感式接近开关（2）安装在固定支架（2）前端，所述固定支架（2）的后端通过固定螺栓连接在齿轮箱上，所述齿轮箱位于叶轮锁紧环（6）上。
2.根据权利要求1所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，其特征在于，所述电感式接近开关（1）由感应磁罐、振荡器、开关电路及放大输出电路组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，其特征在于，所述固定支架（2）为L形。
4.根据权利要求3所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，其特征在于，所述固定支架（2）前端设置有支架孔，所述支架孔距离所述电感式接近开关（1）前端20mm处，所述固定支架（2）前端与所述叶轮锁紧环（6）的距离为30mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，其特征在于，所述叶轮锁紧环（6）外圈均匀分布有12个叶轮锁孔（7）。
6.根据权利要求1所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置，其特征在于，所述电感式接近开关（1）边缘距所述叶轮锁孔（7）边缘5mm。
7.一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置的测速方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1：将固定支架（2）固定在齿轮箱筋上及叶轮锁紧环（6）的侧面；
S2：调整电感式接近开关（1）的感应面与叶轮锁孔（7）边缘的距离，使电感式接近开关（1）在接近叶轮锁紧环（6）实心处时可以感应并产生信号，在叶轮锁紧环（6）上的叶轮锁孔（7）处不能感应并产生信号；
S3：当叶轮锁紧环（6）实心处经过电感式接近开关（1）时，电感式接近开关（1）开始记录信号，叶轮锁孔（7）经过电感式接近开关（1）时，一个信号记录完成，继续记录信号；
S4：根据电感式接近开关（1）所记录单位时间内的脉冲数量，获取叶轮锁紧环（6）的转速，再通过计算机程序计算叶轮转速。
8.根据权利要求7所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置的测速方法，其特征在于，对于所述步骤S2，电感式接近开关（1）利用涡流效应使振荡器出现震荡及停振两种状态，将电信号通过放大输出电路转换成二进制的数字信号，在PLC上显示出脉冲波。
9.根据权利要求7所述的一种基于电感式接近开关的叶轮测速装置的测速方法，其特征在于，对于所述步骤S3，叶轮锁紧环（6）与叶轮相连且同步运转，即叶轮旋转一圈的时间与叶轮锁紧环（6）旋转一圈的时间一致，叶轮锁紧环（6）的转速与叶轮转速相等，电感式接近开关（1）产生的信号数量与叶轮锁孔（7）数量相同时，表示叶轮旋转一周。
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