CN113721041A - 一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法及系统，检测方法包括根据传感器类型确定断线检测的对象，如果是磁阻式传感器只进行信号线断线状态判断，判断读取到的转速信号是否为零，若转速信号为零，再判断转速输入是否超过设定时间连续无脉冲，若超过设定时间读取到无脉冲信号，则判定发生信号线断线。若转速信号不为零，计算转速频率并判断是否不小于阈值，如果转速频率不小于阈值则执行第一数据刷新周期，当转速频率小于阈值时执行第二数据刷新周期，再判断转速输入是否超过设定时间连续无脉冲。如果是磁电式或电涡流传感器，则同时判断信号线断线与电源线断线状态。本发明能够快速提供全面检测。

Description

一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法及系统
技术领域
本发明属于汽轮发电机组转速测量领域，具体涉及一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法及系统。
背景技术
数字电业控制系统（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）目前普遍采用的是以DCS为基础的系统。DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed ControlSystem），又称之为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。
汽轮机数字电液控制系统（DEH）是火力发电厂汽轮发电机组重要的组成部分，它通过控制汽轮机主汽门和调门的开度，实现对汽轮发电机组的转速、负荷、压力等的控制。在火力发电厂中，汽轮机的转子转速是一个重要的运行参数，汽轮机的转速在启动和停止过程中是连续变化的，必须进行连续的监视和控制，在并网和带负荷后，汽轮机的转速将随电网频率而变化，但汽轮机如发生事故甩负荷时，可能引起超速等现象，汽轮机的转子转速成为重要的监视项目。能够可靠连续监测汽轮发电机组的转子转速，是保证发电机组安全经济运行的关键条件之一。汽轮机转速信号目前都是通过各个类型传感器接入到转速模块中，完成汽轮机组的转速实时采集。那么采用一种适合的方法，来实时监测接入到转速测量模块当中的传感器信号是否正常、有无断线情况非常关键。针对应用于火力发电汽轮机组中的转速传感器有两大类：有源传感器和无源传感器，其中，有源传感器主要使用磁电式传感器和电涡流传感器，无源传感器主要使用磁阻式传感器。对于有源式传感器接入的转速模块信号线为电源+、电源-和转速信号；无源式传感器接入到转速模块主要为转速信号+、转速信号-组成的一组差分信号。在现有技术中，要么转速卡的测量通道不支持测速传感器的断线检测，要么只支持其中一种类型的测速传感器，尚未发现在一个转速卡中可以同时支持磁阻测速传感器信号线断线检测、磁电式和电涡流式测速传感器电源线和信号线的断线检测的方案。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中转速卡的测量通道不支持多种类型传感器断线检测的问题，提供一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法及系统，能够提供全面的有源以及无源类型测速探头信号的检测，且检测速度快，操作方式简便。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法，包括以下步骤：
对断线检测的对象进行分析：如果是磁阻式传感器，置位电源线断线标志为正常，判定无电源线断线，再进行信号线断线状态判断；信号线断线状态判断时首先判断读取到的转速信号是否为零，如果转速信号为零，通过输出激励方波信号再回读采样来判断转速输入是否超过设定时间连续无脉冲，若超过设定时间读取到无脉冲信号，则判定发生信号线断线，而若回读到连续脉冲信号，则未发生信号线断线；而如果转速信号不为零，计算转速频率并判断是否不小于阈值，如果转速频率不小于阈值则执行第一数据刷新周期，当转速频率小于阈值时执行第二数据刷新周期，再判断转速输入是否超过设定时间连续无脉冲；如果是磁电式或电涡流传感器，则同时判断信号线断线与电源线断线状态，信号线断线判断方法与磁阻式传感器信号线断线判断方法一致，电源线断线通过回读电源断线状态标志进行判断。
作为本发明断线检测方法的一种优选方案：当信号线断线状态恢复后，连续采用一个滑动滤波窗的缓存，再计算转速频率并重新判断是否不小于阈值。
作为本发明断线检测方法的一种优选方案：所述断线检测过程中执行数据刷新的转速频率阈值为1KHz，所述的第一数据刷新周期为1ms，所述的第二数据刷新周期为10ms，判断转速是否连续无脉冲的设定时间为2s。
本发明还提供一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，包括转速采样电路、断线检测电路以及微控制器，所述的转速采样电路采集转速信号，得到的机组转速发送至所述的微控制器，所述的微控制器发送断线检测激励信号至所述的断线检测电路，由所述的断线检测电路检测电源断线信号以及转速断线信号发送至所述的微控制器。
作为本发明断线检测系统的第一种优选方案，所述的断线检测电路包括光耦继电器U1和光耦芯片U2；微控制器发送一对互斥的断线检测开关信号至光耦继电器U1，光耦继电器U1的第一引脚接直流电源，第二引脚接第一断线检测开关信号DXJC_KG1，第三引脚接直流电源，第四引脚接第二断线检测开关信号DXJC_KG2，第五引脚经电阻R2接地，第六、七引脚连接光耦芯片U2的第一引脚，第八引脚经电阻R1与直流电源相接；光耦芯片U2的第二引脚连接转速输入信号speed+，第三引脚经电阻R4接地并经电阻R3输出断线检测回读信号DXJC_IN1，第四引脚连接直流电源。
进一步的，在第一种优选方案当中，所述的光耦继电器U1采用型号为HSSR-DA05-2，光耦芯片U2采用型号为TD354。
进一步的，在第一种优选方案当中，所述互斥的断线检测开关信号之间每500ms切换一次高低电平。
进一步的，在第一种优选方案当中，转速卡初始上电时对断线检测回读信号DXJC_IN1的采集值进行标定，标定值为A；
当转速输入信号speed+正常未发生断线，第一断线检测开关信号DXJC_KG1为1、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为0时，光耦继电器U1的上半部分导通，即直流电源通过电阻R1后，由光耦继电器U1的7管脚至光耦芯片U2的第一引脚输入，由光耦芯片U2的第二引脚输出，再经过转速输入信号speed+进入测速传感器后至地，光耦芯片U2导通，由于转速输入信号speed+为脉冲信号，光耦芯片U2的第三引脚输出的断线检测回读信号DXJC_IN1为脉冲信号；第一断线检测开关信号DXJC_KG1为0、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为1时，光耦继电器U1的上半部分截至，上半部分导通，由于转速输入信号speed+为脉冲信号，当转速输入信号speed+为高时，经由光耦芯片U2的第二引脚输入，第一引脚输出，再依次经过光耦继电器U1的第六引脚和第五引脚至地，构成回路；此时微控制器采集的断线检测回读信号DXJC_IN1依然为脉冲信号，标定值为B；
当转速输入信号speed+发生断线，第一断线检测开关信号DXJC_KG1为1、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为0时，光耦继电器U1的上半部分导通，即直流电源通过电阻R1后，由于转速输入信号speed+发生断线，直流电源无法与后级构成回路，光耦芯片U2此时也为截止状态，断线检测回读信号DXJC_IN1信号为高电平；第一断线检测开关信号DXJC_KG1为0、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为1时，光耦继电器U1的上半部分截止，下半部分导通，下半部分为低电平信号，经过转速传感器后依然为低电平信号，此时光耦芯片U2截止，断线检测回读信号DXJC_IN1信号为高电平，标定值为C；
当转速信号线发生断线后，微控制器判断标定值B和C的差异后输出信号线断线标志。
作为本发明断线检测系统的第二种优选方案：所述的断线检测电路包括双向光耦U3，其第一引脚经电阻R5与直流电源相接，第二引脚分别连接有源传感器电源正极Speed_PWR+和有源传感器电源负极Speed_PWR-，第三引脚经电阻R7接地并经电阻R6输出断线检测回读信号DXJC_IN2，第四引脚连接直流电源。
进一步的，在第二种优选方案当中，当有源转速传感器电源线未发生断线时，直流电源经过电阻R5限流输入双向光耦U3，到达有源传感器电源正极Speed_PWR+经过有源传感器之后再到达有源传感器电源负极Speed_PWR-之后接地，构成一个完整回路，此时双向光耦U3导通，直流电源经由电阻R7至地，输入微控制的断线检测回读信号DXJC_IN2为低电平；当有源转速传感器电源线发生断线时，微控制器判定有源转速传感器电源线发生断线并输出电源线断线标志。
相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：可以同时支持检测多种类型的有源及无源测速传感器，包括磁阻式测速传感器、磁电式测速传感器和电涡流测速传感器信号线以及电源线断线情况。本发明能够提供全面的有源及无源类型测速探头信号的电源线的检测。且检测速度快，操作方式简便。另外本发明所使用检测电路元件，全部由自主国产型号组成，从而为应用于火力发电汽轮机组中转速传感器信号的断线检测提供了一种可行方案。
附图说明
图1 本发明汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统结构框图；
图2 本发明转速信号线断线检测电路图；
图3 本发明电源线断线检测电路图；
图4 本发明断线检测方法根据传感器类型确定断线检测对象的流程图；
图5 本发明针对转速信号不为零时信号线断线检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明提出一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，包括转速采样电路、断线检测电路以及微控制器，转速信号输入所述的转速采样电路，得到的机组转速发送至所述的微控制器，所述的微控制器发送断线检测激励信号至所述的断线检测电路，由所述的断线检测电路检测电源断线信号以及转速断线信号回读至所述的微控制器。
参见图2，图中U1为国产光耦继电器HSSR-DA05-2，U2为国产光耦芯片TD354。DXJC_KG1为第一断线检测开关信号的缩写，同理DXJC_KG2为第二断线检测开关信号的缩写，DXJC_KG1和DXJC_KG2信号源端由MCU（微控制器，Microcontroller Unit）的IO（Input/Output）管脚输出，经过容耦隔离器或磁耦隔离器后连接至U1光耦继电器。图2中U2为双向光耦，DXJC_IN1为断线检测的回读信号管脚，连接至MCU的IO管脚。VCC_5V表示5V直流电源，VCC_24V表示24V直流电源，VCC_3.3V表示3.3V直流电源。
断线检测电路包括光耦继电器U1和光耦芯片U2，所述光耦继电器U1采用型号为HSSR-DA05-2，光耦芯片U2采用型号为TD354；微控制器发送一对互斥的断线检测开关信号至光耦继电器U1，光耦继电器U1的第一引脚接5V直流电源，第二引脚接第一断线检测开关信号DXJC_KG1，第三引脚接5V直流电源，第四引脚接第二断线检测开关信号DXJC_KG2，第五引脚经电阻R2接地，第六、七引脚连接光耦芯片U2的第一引脚，第八引脚经电阻R1与24V直流电源相接；光耦芯片U2的第二引脚连接转速输入信号speed+，第三引脚经电阻R4接地并经电阻R3输出断线检测回读信号DXJC_IN1，第四引脚连接3.3V直流电源。
所述互斥的断线检测开关信号之间每500ms切换一次高低电平。
基于所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统的检测方法，包括以下步骤：
转速卡初始上电时对断线检测回读信号DXJC_IN1的采集值进行标定，标定值为A；
当转速输入信号speed+正常未发生断线，第一断线检测开关信号DXJC_KG1为1、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为0时，光耦继电器U1的上半部分导通，即24V直流电源通过电阻R1后，由光耦继电器U1的7管脚至光耦芯片U2的第一引脚输入，由光耦芯片U2的第二引脚输出，再经过转速输入信号speed+进入测速传感器后至地，光耦芯片U2导通，由于转速输入信号speed+为脉冲信号，光耦芯片U2的第三引脚输出的断线检测回读信号DXJC_IN1为脉冲信号；第一断线检测开关信号DXJC_KG1为0、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为1时，光耦继电器U1的上半部分截至，上半部分导通，由于转速输入信号speed+为脉冲信号，当转速输入信号speed+为高时，经由光耦芯片U2的第二引脚输入，第一引脚输出，再依次经过光耦继电器U1的第六引脚和第五引脚至地，构成回路；此时微控制器采集的断线检测回读信号DXJC_IN1依然为脉冲信号，标定值为B；
当转速输入信号speed+发生断线，第一断线检测开关信号DXJC_KG1为1、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为0时，光耦继电器U1的上半部分导通，即24V直流电源通过电阻R1后，由于转速输入信号speed+发生断线，24V直流电源无法与后级构成回路，光耦芯片U2此时也为截止状态，断线检测回读信号DXJC_IN1信号为高电平；第一断线检测开关信号DXJC_KG1为0、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为1时，光耦继电器U1的上半部分截止，下半部分导通，下半部分为低电平信号，经过转速传感器后依然为低电平信号，此时光耦芯片U2截止，断线检测回读信号DXJC_IN1信号为高电平，标定值为C；
当转速信号线发生断线后，微控制器判断标定值B和C的差异后输出信号线断线标志。
参见图3，对于有源转速传感器，由转速模块给有源转速传感器供电，所述的断线检测电路包括双向光耦U3，其第一引脚经电阻R5与24V直流电源相接，第二引脚分别连接有源传感器电源正极Speed_PWR+和有源传感器电源负极Speed_PWR-，第三引脚经电阻R7接地并经电阻R6输出断线检测回读信号DXJC_IN2，第四引脚连接3.3V直流电源。
基于所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统的检测方法，包括以下步骤：
当有源转速传感器电源线未发生断线时，24V直流电源经过电阻R5限流输入双向光耦U3，到达有源传感器电源正极Speed_PWR+经过有源传感器之后再到达有源传感器电源负极Speed_PWR-之后接地，构成一个完整回路，此时双向光耦U3导通，3.3V直流电源经由电阻R7至地，输入微控制的断线检测回读信号DXJC_IN2为低电平；反之，微控制器判定有源转速传感器电源线发生断线并输出电源线断线标志。
一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法，包括以下步骤：
参见图4，根据汽轮机转速测量传感器的类型确定断线检测的对象：
（1）如果是磁阻式传感器则进行电源线断线屏蔽，只判断信号线；
（2）如果是磁电式或电涡流传感器则同时判断信号线及电源线；
对断线检测的对象进行分析：
（1）如果是磁阻式传感器，置位电源线断线标志为正常，判定无电源线断线，再进行信号线断线状态判断；信号线断线状态判断时首先判断读取到的转速信号是否为零，如果转速信号为零，通过输出激励方波信号再回读采样来判断转速输入是否超过2s连续无脉冲，若超过2s读取到无脉冲信号，则判定发生信号线断线，而若回读到连续脉冲信号，则未发生信号线断线；参见图5，如果转速信号不为零，首先计算转速频率并判断是否不小于1KHz，如果转速频率不小于1KHz则执行1ms的数据刷新周期，当转速频率小于1KHz时执行10ms的数据刷新周期，再判断转速输入是否超过2s连续无脉冲；
（2）如果是磁电式或电涡流传感器，则同时判断信号线断线与电源线断线状态，信号线断线判断方法与磁阻式传感器信号线断线判断方法一致，电源线断线通过回读电源断线状态标志进行判断。
在本发明的一种实施例当中，当信号线断线状态恢复后，连续采用一个滑动滤波窗的缓存，再计算转速频率并重新判断是否不小于阈值。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据汽轮机转速测量传感器的类型确定断线检测的对象：如果是磁阻式传感器则进行电源线断线屏蔽，只判断信号线；如果是磁电式或电涡流传感器则同时判断信号线及电源线；
对断线检测的对象进行分析：如果是磁阻式传感器，置位电源线断线标志为正常，判定无电源线断线，再进行信号线断线状态判断；信号线断线状态判断时首先判断读取到的转速信号是否为零，如果转速信号为零，通过输出激励方波信号再回读采样来判断转速输入是否超过设定时间连续无脉冲，若超过设定时间读取到无脉冲信号，则判定发生信号线断线，而若回读到连续脉冲信号，则未发生信号线断线；而如果转速信号不为零，计算转速频率并判断是否不小于阈值，如果转速频率不小于阈值则执行第一数据刷新周期，当转速频率小于阈值时执行第二数据刷新周期，再判断转速输入是否超过设定时间连续无脉冲；如果是磁电式或电涡流传感器，则同时判断信号线断线与电源线断线状态，信号线断线判断方法与磁阻式传感器信号线断线判断方法一致，电源线断线通过回读电源断线状态标志进行判断。
2.根据权利要求1所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法，其特征在于：当信号线断线状态恢复后，连续采用一个滑动滤波窗的缓存，再计算转速频率并重新判断是否不小于阈值。
3.根据权利要求1所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测方法，其特征在于：所述断线检测过程中执行数据刷新的转速频率阈值为1KHz，所述的第一数据刷新周期为1ms，所述的第二数据刷新周期为10ms，判断转速是否连续无脉冲的设定时间为2s。
4.一种汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：包括转速采样电路、断线检测电路以及微控制器，所述的转速采样电路采集转速信号，得到的机组转速发送至所述的微控制器，所述的微控制器发送断线检测激励信号至所述的断线检测电路，由所述的断线检测电路检测电源断线信号以及转速断线信号发送至所述的微控制器。
5.根据权利要求4所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：所述的断线检测电路包括光耦继电器U1和光耦芯片U2；微控制器发送一对互斥的断线检测开关信号至光耦继电器U1，光耦继电器U1的第一引脚接直流电源，第二引脚接第一断线检测开关信号DXJC_KG1，第三引脚接直流电源，第四引脚接第二断线检测开关信号DXJC_KG2，第五引脚经电阻R2接地，第六、七引脚连接光耦芯片U2的第一引脚，第八引脚经电阻R1与直流电源相接；光耦芯片U2的第二引脚连接转速输入信号speed+，第三引脚经电阻R4接地并经电阻R3输出断线检测回读信号DXJC_IN1，第四引脚连接直流电源。
6.根据权利要求5所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：所述的光耦继电器U1采用型号为HSSR-DA05-2，光耦芯片U2采用型号为TD354。
7.根据权利要求5所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：所述互斥的断线检测开关信号之间每500ms切换一次高低电平。
8.根据权利要求5所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：
转速卡初始上电时对断线检测回读信号DXJC_IN1的采集值进行标定，标定值为A；
当转速输入信号speed+正常未发生断线，第一断线检测开关信号DXJC_KG1为1、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为0时，光耦继电器U1的上半部分导通，即直流电源通过电阻R1后，由光耦继电器U1的7管脚至光耦芯片U2的第一引脚输入，由光耦芯片U2的第二引脚输出，再经过转速输入信号speed+进入测速传感器后至地，光耦芯片U2导通，由于转速输入信号speed+为脉冲信号，光耦芯片U2的第三引脚输出的断线检测回读信号DXJC_IN1为脉冲信号；第一断线检测开关信号DXJC_KG1为0、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为1时，光耦继电器U1的上半部分截至，上半部分导通，由于转速输入信号speed+为脉冲信号，当转速输入信号speed+为高时，经由光耦芯片U2的第二引脚输入，第一引脚输出，再依次经过光耦继电器U1的第六引脚和第五引脚至地，构成回路；此时微控制器采集的断线检测回读信号DXJC_IN1依然为脉冲信号，标定值为B；
当转速输入信号speed+发生断线，第一断线检测开关信号DXJC_KG1为1、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为0时，光耦继电器U1的上半部分导通，即直流电源通过电阻R1后，由于转速输入信号speed+发生断线，直流电源无法与后级构成回路，光耦芯片U2此时也为截止状态，断线检测回读信号DXJC_IN1信号为高电平；第一断线检测开关信号DXJC_KG1为0、第二断线检测开关信号DXJC_KG2为1时，光耦继电器U1的上半部分截止，下半部分导通，下半部分为低电平信号，经过转速传感器后依然为低电平信号，此时光耦芯片U2截止，断线检测回读信号DXJC_IN1信号为高电平，标定值为C；
当转速信号线发生断线后，微控制器判断标定值B和C的差异后输出信号线断线标志。
9.根据权利要求4所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：所述的断线检测电路包括双向光耦U3，其第一引脚经电阻R5与直流电源相接，第二引脚分别连接有源传感器电源正极Speed_PWR+和有源传感器电源负极Speed_PWR-，第三引脚经电阻R7接地并经电阻R6输出断线检测回读信号DXJC_IN2，第四引脚连接直流电源。
10.根据权利要求9所述汽轮机转速测量传感器信号的断线检测系统，其特征在于：当有源转速传感器电源线未发生断线时，直流电源经过电阻R5限流输入双向光耦U3，到达有源传感器电源正极Speed_PWR+经过有源传感器之后再到达有源传感器电源负极Speed_PWR-之后接地，构成一个完整回路，此时双向光耦U3导通，直流电源经由电阻R7至地，输入微控制的断线检测回读信号DXJC_IN2为低电平；当有源转速传感器电源线发生断线时，微控制器判定有源转速传感器电源线发生断线并输出电源线断线标志。
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