CN201142011Y - 旋转机械安全监视装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种旋转机械安全监视装置。它包括铝制机箱及盒件式结构，即采用前后插件、总线式结构，硬件设备封装在模件盒内，以高性能CPU和现场可编程门阵列FPGA为核心，配套液晶模块及LED作为人机接口，各种输入信号经不同的功能子板送至主板的数据处理单元，数据处理单元的数模转换器和模数转换器与CPU采用SPI总线通讯，所有I/O与CPU全部采用光电隔离，确保系统的可靠性，系统功能软件固化在芯片内，自动实现数据的采集、故障判断和信号处理、传输。本实用新型具有功能齐全、适用性强、稳定可靠等优点。可用于旋转机械的重要运行参数监视、报警，例如：振动、轴向位移、胀差、转速、汽缸膨胀、偏心等参数。

Description

旋转机械安全监视装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力、能源、化工行业、汽轮机及其它旋转机械的安全监视设备。主要应用于旋转机械的重要运行参数监视、报警，例如：振动，轴向位移，胀差，转速，汽缸膨胀、偏心等参数。

背景技术

我国国内大、中型机组使用的旋转机械安全监视系统多为国外进口产品，该类产品价格贵，订货周期长，维护、维修困难。小型机组使用的旋转机械安全监视系统多为国内厂商生产，该类产品多年来基本未进行改进设计，元件多为分离元件，某些参数调整还是电位器，设定极不方便，相比进口产品，功能不完善、稳定性不高。

发明内容

本实用新型的目的在于推进国内设计、生产旋转机械安全监视装置的整体技术水平，提供一种功能齐全、适用性强、稳定可靠的旋转机械安全监视装置。

本实用新型的目的是通过下述技术解决方案实现：包括铝制机箱及盒件式结构，即采用前后插件、总线式结构，硬件设备封装在模件盒内，以高性能CPU和现场可编程门阵列FPGA为核心，配套液晶模块及LED作为人机接口，采用主板加功能子板的系统结构，由功能子板完成不同输入信号的预处理，各模块通过系统总线组成RS485网络，各种输入信号经不同的功能子板送至主板的数据处理单元，数据处理单元的数模转换器和模数转换器与CPU采用SPI总线通讯，所有I/O与CPU全部采用光电隔离，确保系统的可靠性，系统功能软件固化在芯片内，自动实现数据的采集、故障判断和信号处理、传输。

所述CPU为高性能、低功耗微处理器，具有先进的RISC结构，处理速度快，具有非易失性的程序和数据存储器，具有双路RS232接口，为模件通讯提供了方便，CPU的I/O端口经光电隔离后与数据综合处理单元进行数据交换。

所述机箱是标准的19英寸4U铝制机箱，机箱内部装有连接电源模块和各监视模块的系统总线板，总线板是电源、通讯网络的载体，其余部件为标准铝型材。

所述模件盒为六方封闭，通过通风散热组件散热，通过后方的插座与总线板连接，通过侧板上的导向边，在机箱导向条的引导下，能准确的插入总线板的插件内。

所述信号故障判断通过模拟量采集来实现，当信号低于或高于标准值时，判定输入信号故障；电源故障监视功能主要由电源监视芯片、光电隔离器、电阻进行信号检测，检测后送至CPU进行信号采集。

所述液晶模块为主要显示窗口，以5位段码方式、光柱方式实时显示测量值，以光柱方式指示报警值设定点。

所述功能软件在系统上电后进行参数初始化，然后允许主程序运行，先进行数据采集，再判断是否有模块故障或输入信号故障，再进行信号输出，最后进行显示刷新。

本实用新型具有如下优点：功能齐全，结合实际工程经验，整合吸收了众多进口产品功能，除常规功能外，具有危险报警旁路、通道旁路、双通道首先报警指示、报警值指示、缓冲输出等功能，所有参数都为数字化设定；适用性强，多种报警方式可选择，多种模拟量输出方式可选择，全中文组态软件，符合国人操作习惯；稳定可靠，14位A/D转换器、工业级元器件、合理的软件算法是本实用新型稳定运行的保证。

附图说明

图1是本实用新型的机箱外型图。

图2是本实用新型的监视模块结构图。

图3是本实用新型的液晶模块显示区域分布图。

图4是本实用新型的系统框架图。

图5是本实用新型的程序流程图。

具体实施方式

参照图1，机箱包括由法兰1、前水平连接轨2、插件板导轨3、系统总线板4、后水平连接轨5、可编码的插件板导轨6、侧板7、后连接型材8连接组成。左右侧板7与前水平连接轨2、后水平连接轨5构成机箱骨架，法兰1用于机箱的固定、安装，插件板导轨3和可编码的插件板导轨6分别于机箱前、后插件的拔插导向，系统总线板4通过螺钉固定在后水平连接轨5上，系统总线板4连接电源模块和各监视模块，是电源、网络通讯的载体。

参照图2，监视模件包括由前面板9、有机玻璃10、标尺11、液晶模块12、通风散热组件13、监视主板14、功能子板15、侧板16、后板17构成。前面板9、通风散热组件13、侧板16、后板17组成六方封闭的模件盒体，功能子板15通过插件安装在主板14上，主板14安装在侧板16的导槽内，液晶模块12通过螺钉安装在前面板9上。主板14后方的插座用于与图1中的系统总线板4连接。模件盒六方封闭，通过通风散热组件13散热，通过侧板16上的导向边，在机箱导向条的引导下，能准确的插入总线板4的插件内。

参照图3，液晶模块显示区域分为A通道5位段码方式测量值显示区18、B通道5位段码方式测量值显示区19、B通道光柱方式测量值显示区20、B通道报警值设定点显示区21、A通道光柱方式测量值显示区22、A通道报警值设定点显示区23。液晶模块配合透明胶片的单位及说明，实时显示两个通道的测量值及报警值设定点。

参照图4，本实用新型的监视模块由CPU微处理器、电源单元、人机接口、功能子板、数据综合处理等部分组成。采用主板加功能子板的系统结构，由功能子板完成不同输入信号的预处理，各模块通过系统总线组成RS485网络。

电源单元主要完成双路输入电源的无扰切换和带电拔插时电源冲击控制，并集成了电源监视功能，通过专用的电源监视芯片对各等级的电源进行取样并自动判断电源是否故障，输出信号经光电隔离后送至CPU进行处理。

模拟量输入信号在功能子板进行整形、滤波、放大后，进入到综合数据处理单元的模数转换器，模数转换器将模拟量信号转换为数字信号，并经光电隔离的SPI总线送至CPU进行处理；功能子板还包括了缓冲处理单元，输入信号经缓冲后输出，用于其它测试仪器采样分析。

综合数据处理单元的数模转换器接收SPI总线上的数字量信号，将数字量信号转换为模拟量电压信号，通过外围电路将电压信号转换为各种量程的电压或电流信号输出，包括：1～5VDC、0～5VDC、0～10VDC、4～20mA、0～20mA；综合数据处理单元的开关量输出信号直接从CPU端口送出，经光电隔离后驱动输出继电器，继电器接点以干接点方式对外输出。

转速输入接口直接接收外部磁阻式传感器信号，功能子板将输入的正弦波信号转换为脉冲信号，并经光电隔离后送至综合数据处理单元的FPGA进行等精度周期测速，FPGA通过数据总线与CPU交换数据；功能子板的转速传感器故障诊断回路对外接的转速传感器施加恒定的直流电流，该电流在转速传感器上形成一定的直流电压，该电压与转速信号的交流电压叠加，作为转速输入信号，转速传感器故障诊断回路对其的直流分量、交流分量进行分离，分离后分别送至综合数据处理单元的模数转换器，CPU采集该模拟量信号判断转速传感器是否故障。

人机接口单元的PRG口可单独用手持编程器进行快速参数设定，也可以用组态软件进行参数设定；液晶模块实时显示两个通道的测量值及报警值设定点；LED指示模块输入信号是否正常、报警状态、旁路状态等信息。

仍参照图4，本实用新型单个机箱可配备8个监视模块，可扩展为4个机箱，配备32个监视模块；通讯模块通过系统总线组成RS485网络，并采用标准MODBUS协议进行数据传输，DCS、组态软件、监视软件通过通讯模块访问各监视模块。

参照图5，系统上电后先进行系统初始化，包括端口初始化、定时器初始化、串口初始化等，然后循环执行主程序：通讯口通讯数据、参数设定处理，判断监视模块是否为转速模块，转速模块进行转速及模拟量采集；否则，仅进行模拟量采集；采集模拟量后，进行信号故障判断，若存在故障，屏蔽指示灯显示及报警输出；否则，根据采集值进行逻辑判断、指示灯状态指示输出、继电器输出、模拟量输出、最后进行液晶模块显示数据刷新。

Claims (4)

1.一种旋转机械安全监视装置，包括铝制机箱及盒件式结构，其特征在于：采用前后插件、总线式结构，硬件设备封装在模件盒内，以高性能CPU和现场可编程门阵列FPGA为核心，配套液晶模块及LED作为人机接口，采用主板加功能子板的系统结构，各模块通过系统总线组成RS485网络，各种输入信号经不同的功能子板送至主板的数据处理单元，数据处理单元的数模转换器和模数转换器与CPU采用SPI总线通讯，所有I/O与CPU全部采用光电隔离，系统功能软件固化在芯片内。

2.如权利要求1所述的旋转机械安全监视装置，其特征在于：功能子板通过插件安装在主板上，主板安装在侧板的导槽内。

3.如权利要求1所述的旋转机械安全监视装置，其特征在于：由前面板、通风散热组件、侧板、和后板连接组成的模件盒为六方封闭，通过后方的插座与总线板连接。

4.如权利要求1或3所述的旋转机械安全监视装置，其特征在于：在前面板上通过螺钉安装有主要显示窗口的液晶模块。

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