CN210804079U - 汽轮机组传感器数据采集装置 - Google Patents

Abstract

一种汽轮机组传感器数据采集装置，属于汽轮机运行数据采集技术领域。本实用新型针对现有汽轮机组不同传感器数据采集设备的快变量数据与慢变量数据间存在壁垒，无法兼容用于运行状态分析的问题。数据采集处理板卡通过助拔器插设于机箱内并通过机箱提供互相通讯的背板总线；每个数据采集处理板卡提供8个数据采集通道；每个数据采集处理板卡上设置8组指示灯，每个数据采集处理板卡的背面设置8个接线端子，并固定在机箱上；机箱后面板上设置两个电源输入接口，用于与电源连接并为数据采集处理板卡提供工作电源，电源输入接口通过设置于前面板上的电源开关控制通断；机箱后面板上设置四个网口。本实用新型用于一体化采集传感器快变量及慢变量数据。

Description

汽轮机组传感器数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及汽轮机组传感器数据采集装置，属于汽轮机运行数据采集技术领域。

背景技术

目前，对汽轮机传感器数据进行采集的设备主要有两种：一种为慢变量信号采集设备DCS，可用于采集温度、压力、流量、水位等慢变量传感器数据信号；另一种为快变量信号采集设备TSI，可用于采集汽轮机轴振、瓦振、加速度、速度等快变量传感器数据信号。两种采集设备都可进入工程师站，但由于设备生产厂家不同，设备数据间存在壁垒，因此没有办法将两种设备的数据直接放在一起进行分析，这对汽轮机整机的故障分析及故障预警造成阻碍。

实用新型内容

针对现有汽轮机组不同传感器数据采集设备的快变量数据与慢变量数据间存在壁垒，无法兼容用于运行状态分析的问题，本实用新型提供一种汽轮机组传感器数据采集装置。

本实用新型的一种汽轮机组传感器数据采集装置，包括机箱和多个数据采集处理板卡，

所述数据采集处理板卡通过助拔器插设于机箱内，并通过机箱提供互相通讯的背板总线；

多个数据采集处理板卡分两列排布，每个数据采集处理板卡提供8个数据采集通道；每个数据采集处理板卡上设置8组指示灯，分别用于指示对应数据采集通道的工作状态；每个数据采集处理板卡的背面设置8个接线端子，并固定在机箱上，作为数据采集通道接收传感器信号的输入接口；

机箱后面板上设置两个电源输入接口，包括一个主电源输入接口和一个备用电源输入接口，用于与电源连接并为数据采集处理板卡提供工作电源，所述电源输入接口通过设置于前面板上的电源开关控制通断；机箱后面板上还设置四个网口，分别作为采集信号输出网口或DCS通信站数据传输网口。

根据本实用新型的汽轮机组传感器数据采集装置，

所述助拔器和机箱面板上配套设置紧固螺钉，用于相互配合对数据采集处理板卡进行固定。

根据本实用新型的汽轮机组传感器数据采集装置，

所述数据采集处理板卡的接线端子支持的传感器包括：

振动传感器、键相传感器、转速传感器、位移传感器、压力传感器、主机温度传感器、轴承温度传感器、流量传感器和水位传感器。

根据本实用新型的汽轮机组传感器数据采集装置，

所述数据采集处理板卡包括供电单元、模拟电路单元和控制存储单元，

所述供电单元用于接收电源输入接口传递的工作电源，为模拟电路单元和控制存储单元供电；所述模拟电路单元通过8路模拟接收电路传递接收的传感器信号，并通过模数转换器ADS1278进行数据采样；

控制存储单元用于对模数转换器ADS1278进行控制采样，并将采样数据存储后通过机箱后面板上的网口输出。

根据本实用新型的汽轮机组传感器数据采集装置，

所述机箱为铝合金机箱，宽度为19英寸，高度为2U。

本实用新型的有益效果：本实用新型可用于智慧化电厂建设，解决了汽轮机传感器的采集器快变量信号与慢变量信号不兼容问题，它通过机箱封装数据采集处理板卡，并在机箱上设置数据传输接口，具备可靠性、准确性、安全性及简易性特点，能够满足发电企业现场高温、高噪声、多尘等极端工况，简单易用。通过本实用新型装置一体化采集传感器快变量及慢变量数据后，采集结果可一体化传输至智能化分析数据库中，为智慧化系统实现数据挖掘提供数据支持。

附图说明

图1是本实用新型所述汽轮机组传感器数据采集装置的结构示意图；

图2是数据采集处理板卡的原理框图；

图3是数据采集处理板卡的电路架构图；

图4是模拟电路单元的布局示意图；

图5是模拟电路单元的模拟量信号变换调理电路框图；

图6是控制存储单元的电路布局图；

图7是控制存储单元的数据处理电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

具体实施方式一、结合图1所示，本实用新型提供了一种汽轮机组传感器数据采集装置，包括机箱100和多个数据采集处理板卡200，

所述数据采集处理板卡200通过助拔器插设于机箱100内，并通过机箱100提供互相通讯的背板总线以及每个数据采集处理板卡200所要求的电源；

多个数据采集处理板卡200分两列排布，每个数据采集处理板卡200提供8个数据采集通道；每个数据采集处理板卡200上设置8组指示灯，分别用于指示对应数据采集通道的工作状态；每个数据采集处理板卡200的背面设置8个接线端子210，并固定在机箱100上，作为数据采集通道接收传感器信号的输入接口；

机箱100后面板上设置两个电源输入接口，包括一个主电源输入接口和一个备用电源输入接口，用于与电源连接并为数据采集处理板卡200提供工作电源，所述电源输入接口通过设置于前面板上的电源开关110控制通断；机箱100后面板上还设置四个网口120，分别作为采集信号输出网口或DCS通信站数据传输网口。

本实施方式可针对汽轮机多个测量点进行数据采集，可结合高速通信的以太网总线接口，组合成为一个数据采集网络，采集的数据可在整个网络进行数据共享和监控处理。

本实施方式可对工业设备采用密集布点方式，完成信号数据实时监测的功能。数据采集处理板卡200可将外界需要监控的物理量转换成电信号；其将得到的电信号不断进行特征提取，从而转换得到需要的数字信号，以及采集相关开关量信号，并且进行一系列处理；可通过数据传输总线将得到的数字信号通过工业以太网络传输至监测工作站或者上位机系统。监测工作站可将采集到的数据记录存储，并且通过数据处理和显示，进行质量监控。整个数据采集装置以多通道数据采集为核心，构造成为一个分布式多域的数据采集的架构，所有的采集信息都通过分布式以太网中的监控站或者上位机系统进行控制和发布。

所述助拔器可方便数据采集处理板卡200的拆卸。所述电源输入接口为220VAC，50Hz电源输入接口，其内部安装有4A保险丝1个，并备用1个。电源插座下部可设置紧固螺钉，与机箱外壳相连。当电源输入接口插接220V电源线时，按下电源开关110，可以红色灯显示电源接通，提示装置启动工作。

每个数据采集处理板卡200可设置2组8芯接线端子，为8个传感器提供信号输入接口。所述数据采集装置最多可支持48个传感器。所述数据采集处理板卡为8通道高精度数据采集处理板卡，主要功能包括：8通道16bit同步采样、原始数据存储(预留)、网络通信、串口通信(预留)等功能。

进一步，所述助拔器和机箱100面板上配套设置紧固螺钉，用于相互配合对数据采集处理板卡200进行固定。所述数据采集处理板卡200通过助拔器与机箱100连接，安拆方便简单，能够让普通的现场操作人员易学易用。

作为示例，所述数据采集处理板卡200的接线端子支持的传感器包括：

振动传感器、键相传感器、转速传感器、位移传感器、压力传感器、主机温度传感器、轴承温度传感器、流量传感器和水位传感器。

其中振动传感器为电涡流传感器，范围-24V～0V；键相传感器为电涡流传感器，范围-24V～0V，脉冲信号；转速传感器为电涡流传感器，范围-24V～0V，脉冲信号；位移传感器为电涡流传感器，范围-24V～0V；压力传感器为压电式传感器，范围4mA～20mA；主机温度传感器为热电偶传感器，范围4mA～20mA；轴承温度传感器为热电阻传感器，范围100欧～330欧；流量传感器为电流式传感器，信号范围4-20mA；水位传感器为液位计，范围4mA～20mA。本实施方式中，数据采集处理板卡200的采集频率大范围可调，采样精度能够满足智能化电厂建设要求。

进一步，结合图2和图3所示，所述数据采集处理板卡200包括供电单元210、模拟电路单元220和控制存储单元230，

所述供电单元210用于接收电源输入接口传递的工作电源，为模拟电路单元220和控制存储单元230供电；所述模拟电路单元220通过8路模拟接收电路传递接收的传感器信号，并通过模数转换器ADS1278进行数据采样；

控制存储单元230用于对模数转换器ADS1278进行控制采样，并将采样数据存储后通过机箱100后面板上的网口输出。

所述数据采集处理板卡200具有8通道高精度数据采集功能，采用模块化分区设计形式，能够满足汽轮机智能化监控需求。

所述供电单元210可通过ACDC模块将220VAC交流转为标准12VDC，再通过±5V/6W电源DC/DC模块、5V/10W电源DC/DC模块，以及芯片周边电源为板卡电路供电。具体描述如下：

1)±5V/10W电源DC/DC模块给8通道的模拟接收电路供电；

2)5V/10W电源DC/DC模块给FPGA、ARM、ADC芯片及其接口电路芯片供电；

3)芯片周边电源主要由FPGA、ARM的内核电源、逻辑接口电源、接口芯片电源、ADC参考电压等组成。

结合图4所示，所述模拟电路单元220可采用模块化设计，8路模拟接收电路布局分为1个单元，采用一个ADS1278进行采样。模拟接收电路采用接收匹配、前放、采样匹配等组成。结合图5所示，模拟量信号变换调理电路主要是将传感器传出的电信号经过电压衰减、电压偏移、低通滤波及电压保护电路，然后经过缓冲处理将输出的电压信号传输至前端信号采集芯片。模拟量信号变换调理电路是整个系统的最前端部分，关系着整个系统的成功与否，是硬件设计部分重要的部分。其功能是对采集信号进行衰减滤波等，提高数据采集的性能和可靠性。模拟接收电路分三种类型，分别为模拟电压信号模块，电流信号测量模块及电阻信号测量模块。

结合图6所示，控制存储单元230采用集成底板式设计，其由ST半导体ARM芯片(STM32F407VG)、FPGA芯片(Xilinx Spartan-6)、SD卡、高精度晶振、AD9548、RS232、调试接口等构成。ARM芯片实现SD卡的读写操作、RS232接口、微秒计时等功能。FPGA芯片主要完成ADC芯片的控制采样，并与ARM进行通信与交互。ARM芯片与FPGA芯片之间的FSMC通信接口设计速率：≥20MBps；SD卡存储速度为：≥6MBps。

图7中，数据处理部分采用TMS320C6747芯片，配有256MbitSDRAM，一片参数存储器EEPROM，程序存储器采用SPI-FLASH 32Mbit。能够与FPGA进行数据交换，获取ADC采样数据；能够与ARM进行数据交换。

再进一步，所述机箱100为铝合金机箱，宽度为19英寸(84Te)，高度为2U。U是一种表示服务器外部尺寸的单位，是unit的缩略语，厚度以4.445cm为基本单位，1U就是4.445cm，2U则是1U的2倍为8.89cm。1Te＝5.08mm。所述机箱100的尺寸设计与原电厂控制柜装载型号保持一致。

所述数据采集处理板卡200可以为4个，最多可设置6个，水平布置2列，每列垂直方向最多可布置3块，因此最多支持48通道。

所述铝合金机箱的表面可经硬质阳极氧化及喷砂工艺处理，耐磨性强，能满足电厂恶劣工况条件，机箱电源采用一用一备两条递进型保险丝，保障出现故障时可迅速跳闸并断开与DCS及TSI的链接，保障汽轮机组安全运行。

所述数据采集装置需要在工业现场当中使用，工业现场环境复杂恶劣，要使装置能够长时间可靠而稳定的工作，保证信号不受到环境的感应电和周围电气设备的静电干扰，因此设置铝合金机箱对数据采集处理板卡200进行有效的防护。

综上所述，本实用新型能够消除快变量数据与慢变量数据之间的壁垒，实现快变量及慢变量数据的一体化采集，为智慧化系统实现数据挖掘提供数据支持。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种汽轮机组传感器数据采集装置，其特征在于，包括机箱(100)和多个数据采集处理板卡(200)，

所述数据采集处理板卡(200)通过助拔器插设于机箱(100)内，并通过机箱(100)提供互相通讯的背板总线；

多个数据采集处理板卡(200)分两列排布，每个数据采集处理板卡(200)提供8个数据采集通道；每个数据采集处理板卡(200)上设置8组指示灯，分别用于指示对应数据采集通道的工作状态；每个数据采集处理板卡(200)的背面设置8个接线端子(210)，并固定在机箱(100)上，作为数据采集通道接收传感器信号的输入接口；

机箱(100)后面板上设置两个电源输入接口，包括一个主电源输入接口和一个备用电源输入接口，用于与电源连接并为数据采集处理板卡(200)提供工作电源，所述电源输入接口通过设置于前面板上的电源开关(110)控制通断；机箱(100)后面板上还设置四个网口(120)，分别作为采集信号输出网口或DCS通信站数据传输网口。

2.根据权利要求1所述的汽轮机组传感器数据采集装置，其特征在于，

所述助拔器和机箱(100)面板上配套设置紧固螺钉，用于相互配合对数据采集处理板卡(200)进行固定。

3.根据权利要求1所述的汽轮机组传感器数据采集装置，其特征在于，

所述数据采集处理板卡(200)的接线端子支持的传感器包括：

振动传感器、键相传感器、转速传感器、位移传感器、压力传感器、主机温度传感器、轴承温度传感器、流量传感器和水位传感器。

4.根据权利要求1所述的汽轮机组传感器数据采集装置，其特征在于，

所述数据采集处理板卡(200)包括供电单元、模拟电路单元(220)和控制存储单元(230)，

所述供电单元用于接收电源输入接口传递的工作电源，为模拟电路单元(220)和控制存储单元(230)供电；所述模拟电路单元(220)通过8路模拟接收电路传递接收的传感器信号，并通过模数转换器ADS1278进行数据采样；

控制存储单元(230)用于对模数转换器ADS1278进行控制采样，并将采样数据存储后通过机箱(100)后面板上的网口输出。

5.根据权利要求1所述的汽轮机组传感器数据采集装置，其特征在于，所述机箱(100)为铝合金机箱，宽度为19英寸，高度为2U。

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