CN116449733A - 一种系统化主从结构式多功能智能变送器 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能变送器技术领域，具体涉及一种系统化主从结构式多功能智能变送器。包括供电电源、主数字采集与处理模块、备数字采集与处理模块、输出与通信接口，供电电源分别与主数字采集与处理模块、备数字采集与处理模块、输出与通信接口连接，主数字采集与处理模块分别与备数字采集与处理模块、输出与通信接口连接，备数字采集与处理模块与输出与通信接口连接。优化国内火力发电厂和核电厂的电量变送器系统。

Description

一种系统化主从结构式多功能智能变送器

技术领域

本发明属于智能变送器技术领域，具体涉及一种系统化主从结构式多功能智能变送器。

背景技术

目前，国内发电厂的电量变送器系统都采用单体装置，包括电压变送器、电流变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、负序电流变送器、零序电压变送器、电能表。大部分电厂仍采用模拟式变送器，少部分电厂已经引入了智能变送器。来自电压互感器和电流互感器的二次交流量输入至电量变送器系统，转换成4～20mA直流电流信号或脉冲信号供电厂内的各系统使用。当前，该系统存在以下几方面不足：一是，单体变送器装置都设计成单电源供电，电厂的电量变送器系统针对变送器特点也设计成采用单回路UPS电源供电，当电缆存在故障时，上游空开跳闸，将造成整个系统失去电源，信号无输出，影响电厂监视与控制；二是，电量变送器系统屏蔽柜内各个单体之间接线复杂，易造成电压互感器与电流互感器二次回路开路或短路；三是，变送器多，参与机组功率调节的变送器需要一年进行一次校验，其它变送器需要三年进行一次检验，维修不方便，工作量大。四是，部分系统对变送器输出可靠性要求高，常规电量变送器未能满足要求。

例如当前国内M310核电机组的电量变送器系统应用。一台机组的发电机变送器电度表屏有15个变送器，1个电度表；一台机组的主变及高厂变变送器屏有9个变送器，3个电度表。核电厂的二次电气量经电量变送器系统转换后送出4～20mA直流电流信号或脉冲信号供给核电厂各系统使用，发电机变送器电度表屏送出信号有25路，机组的主变及高厂变变送器屏送出信号有14路。M310核电机组核电厂使用系统包括KIC系统(电站计算机信息和控制系统)、GRE系统(汽机调节系统)、RGL系统(控棒和棒位系统)、KDO系统(试验数据采集系统)、GME系统(汽机监督系统)。GRE系统(汽机调节系统)参与发电机功率调节，使用变送器送出的三个4～20mA直流电流量，采用3取2逻辑选取参考量，当两个直流电流量同时出现故障时，将可能引起机组超调或停机事件，对变送器运行可靠性要求较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种系统化主从结构式多功能智能变送器，优化国内火力发电厂和核电厂的电量变送器系统。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种系统化主从结构式多功能智能变送器，包括供电电源、主数字采集与处理模块、备数字采集与处理模块、输出与通信接口，供电电源分别与主数字采集与处理模块、备数字采集与处理模块、输出与通信接口连接，主数字采集与处理模块分别与备数字采集与处理模块、输出与通信接口连接，备数字采集与处理模块与输出与通信接口连接。

供电电源包括主电源转换模块、公共电源、备电源转换模块，公共电源分别与主电源转换模块、备电源转换模块连接。

主电源转换模块与主数字采集与处理模块连接。

公共电源与输出与通信接口连接。

备电源转换模块与备数字采集与处理模块连接。

主数字采集与处理模块包括依次连接的主模拟信号转换模块、主模数转换模块、主数字处理单元。

输出与通信接口包括通讯接口、模拟量输出模块、电量脉冲输出模块、开关量输出模块、显示面板。

备数字采集与处理模块包括依次连接的备模拟信号转换模块、备模数转换模块、备数字处理单元。

主数字处理单元分别与备数字处理单元、通讯接口、模拟量输出模块、电量脉冲输出模块、开关量输出模块、显示面板连接。

备数字处理单元分别与通讯接口、模拟量输出模块、电量脉冲输出模块、开关量输出模块、显示面板连接。

本发明所取得的有益效果为：

本发明能够有效的解决现在发电厂电量变送器系统存在的以下问题：一是，采用双电源回路供电，解决了变送器采用单回路UPS电源供电故障时引起电厂失去相关量监护与控制功能；二是，对电厂内电量变送器系统内的单体装置进行集成，组合成一台装置，优化接线，提高回路可靠性，还可通过定义输出量满足不同系统需求；三是，校验简单，维修方便，可减少电厂人员工作量；四是，采用主从结构式运行模式，满足汽机调节系统对变送器运行可靠性要求较高的要求。

附图说明

图1为一种系统化主从结构式多功能智能变送器硬件框图；

图2为主备系统切换逻辑图；

图中：1-供电电源、2-主数字采集与处理模块、3-备数字采集与处理模块、4-输出与通信接口、5-主电源转换模块、6-备电源转换模块、7-主模拟信号转换模块、8-主模数转换模块、9-主数字处理单元、10-备模拟信号转换模块、11-备模数转换模块、12-备数字处理单元、13-通讯接口、14-模拟量输出模块、15-电量脉冲输出模块、16-开关量输出模块、17-显示面板、18-公共电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种系统化主从结构式多功能智能变送器，包括供电电源1、主数字采集与处理模块2、备数字采集与处理模块3、输出与通信接口4。供电电源1分别与主数字采集与处理模块2、备数字采集与处理模块3、输出与通信接口4连接，主数字采集与处理模块2分别与备数字采集与处理模块3、输出与通信接口4连接，备数字采集与处理模块3与输出与通信接口4连接。

供电电源1包括主电源转换模块5、公共电源18、备电源转换模块6，公共电源18分别与主电源转换模块5、备电源转换模块6连接。主电源转换模块5与主数字采集与处理模块2连接。公共电源18与输出与通信接口4连接。备电源转换模块6与备数字采集与处理模块3连接。

主数字采集与处理模块2包括依次连接的主模拟信号转换模块7、主模数转换模块8、主数字处理单元9。

输出与通信接口4包括通讯接口13、模拟量输出模块14、电量脉冲输出模块15、开关量输出模块16、显示面板17。

备数字采集与处理模块3包括依次连接的备模拟信号转换模块10、备模数转换模块11、备数字处理单元12。

主数字处理单元9分别与备数字处理单元12、通讯接口13、模拟量输出模块14、电量脉冲输出模块15、开关量输出模块16、显示面板17连接。

备数字处理单元12分别与通讯接口13、模拟量输出模块14、电量脉冲输出模块15、开关量输出模块16、显示面板17连接。

供电电源1中，外引两路独立的220V交流电源经端子分别连接至主电源转换模块5与备电源转换模块6，主电源转换模块5与备电源转换模块6把220V交流转换为各等级直流电压供各部件使用，主电源转换模块5与备电源转换模块6各送一路电源至公共电源18，公共电源18经切换选择一路电源输出给输出与通信接口4使用。

主数字采集与处理模块2中，来自电流互感器二次的电流量和来自电压互感器二次的电压量经接线端子接入主模拟信号转换模块7，主模拟信号转换模块7对输入的模拟量进行滤波、变换、采样以及通道切换，输出信号给主模数转换模块8，主模数转换模块8为模数转换部件(A/D)，把连续的模拟量转换为离散的数字量。主数字处理单元9由微处理器、存储器、定时器等组成，微处理器执行安装在存储器中的程序，并对来自主模数转换模块8的数据进行分析处理以及完成各种逻辑功能，处理结果可通过输出与通信接口4送出。

备数字采集与处理模块3与主数字采集与处理模块2功能一致，可互为备用，互为跟踪。正常运行时可通过内部控制字设置一个模块为主模块，另一模块为备用模块，主模块完成数字处理并输出，备用模块不输出。当主模块出现异常或故障时，自动切换到备用模块输出。备数字采集与处理模块3输入另外一组电流量与电压量，进行独立的分析与处理。

输出与通信接口4由5个部件组成。通讯接口13，用于连接外部监控系统等。模拟量输出模块14(图中只画出一个输出部件，可根据现场实际需要配置输出部件，输出信号根据现场实际使用情况进行定义输出量类型)。电量脉冲输出模块15，用于输出计量用的电脉冲信号，相关参数也是根据实际情况设置。开关量输出模块16，用于报警信号输出。显示面板(人机接口板)17，用于人机交流，实现数据查看、报警信息查看及参数设置等。模拟量输出模块14，可由控制字决定输出来自主数字采集与处理模块2或备数字采集与处理模块3的信号量，输出量一般设置为4-20mA的直流电流量。电量脉冲输出模块15，可由控制字决定输出来自主数字采集与处理模块2或备数字采集与处理模块3的表示电量的脉冲信号，输出为空接点的开关量。开关量输出模块16为当运行程序发现硬件故障或软件异常或数据异常等，输出报警信号或故障信号，输出为空接点的开关量。显示面板17，包含一个液晶屏，一个带9个按键的键盘，四个运行指示灯，一个通讯接口，可用于查看采集数据和运算结果，还可用于对运行参数进行设置。

主备模块运行系统切换逻辑：

备数字采集与处理模块3(对应备系统3)与主数字采集与处理模块2(对应主系统2)运行程序系统一致，可为互为备用，互为跟踪。其切换逻辑图见图2，正常运行时可通过控制字设置为一个主程序，一个备用程序。当主程序出现故障(如失电、硬件故障、程序出错)、测量故障(输入模拟量回路故障、数据采集故障等)时，可发出告警并自动切换为备用程序。

电流回路(CT)断线判据逻辑：

动作判据：I2>0.04Ie+0.25×Imax。式中：Ie-二次额定电流(1A或5A)，I2-负序电流，Imax-最大相电流。当动作判据条件满足时，判为模块测量故障，进行主备模块切换并发出报警信号。

各模块三相电压回路(TV)断线报警：

动作判据：

(1)正序电压小于30V，且任一相电流大0.04In，

(2)负序电压3U2大于8V。

满足以上任一条件，判为模块测量故障，进行主备模块切换并发出报警信号。

电气量输出的两种功能模式：

一种系统化主从结构式多功能智能变送器根据暂态输出响应的不同可设置两种输出模式。一种是涌流抑制模式，另一种是快速响应模式。每个输出通道可设置输出模式。

在涌流抑制模式时采用数字滤波技术，并对测量到的功率值做窗型滑动滤波，滤波时间根据响应时间的需要从2个周波到15个周波内可调(即40毫秒到2000毫秒可调)。滤波时间越长，受外界突变信号干扰的影响越小。

在快速响应模式时，周波功率立即送4-20mA输出，其响应时间可小于40毫秒。

本发明主要特点如下：一是，采用系统化设计，多个模块可构成一个系统，一个模块可对应一个插件，可通过输出插件的自由组合满足不同系统的需要，也方便维护与更换；二是，采用双电源供电，可实现电源自动切换，保障装置供电可靠性；三是，运行采用主从结构，在有两组独立的输入电气量情况下，当一组出现故障时，可切换另一组计算量进行输出，具有逻辑判断功能可实现主备互为切换；四是，引入显示面板，方便数据查看与参数设置。

Claims (10)

1.一种系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：包括供电电源、主数字采集与处理模块、备数字采集与处理模块、输出与通信接口，供电电源分别与主数字采集与处理模块、备数字采集与处理模块、输出与通信接口连接，主数字采集与处理模块分别与备数字采集与处理模块、输出与通信接口连接，备数字采集与处理模块与输出与通信接口连接。

2.根据权利要求1所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：供电电源包括主电源转换模块、公共电源、备电源转换模块，公共电源分别与主电源转换模块、备电源转换模块连接。

3.根据权利要求2所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：主电源转换模块与主数字采集与处理模块连接。

4.根据权利要求2所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：公共电源与输出与通信接口连接。

5.根据权利要求2所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：备电源转换模块与备数字采集与处理模块连接。

6.根据权利要求1所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：主数字采集与处理模块包括依次连接的主模拟信号转换模块、主模数转换模块、主数字处理单元。

7.根据权利要求6所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：输出与通信接口包括通讯接口、模拟量输出模块、电量脉冲输出模块、开关量输出模块、显示面板。

8.根据权利要求7所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：备数字采集与处理模块包括依次连接的备模拟信号转换模块、备模数转换模块、备数字处理单元。

9.根据权利要求8所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：主数字处理单元分别与备数字处理单元、通讯接口、模拟量输出模块、电量脉冲输出模块、开关量输出模块、显示面板连接。

10.根据权利要求9所述的系统化主从结构式多功能智能变送器，其特征在于：备数字处理单元分别与通讯接口、模拟量输出模块、电量脉冲输出模块、开关量输出模块、显示面板连接。