CN211826990U - 一种旋转机械频率转换模块及三取二保护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种旋转机械频率转换模块，包括输入输出接口、FPGA芯片、通讯接口和电源管理模块；所述FPGA芯片电性连接至输入输出接口和通讯接口；所述输入输出接口包括频率输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、第一数字量输出接口，第二数字量输出接口和无源脉冲输出接口；所述电源模块外接电源输入。本实用新型提供的方案相较于传统技术，既能满足频率测量的准确性要求，又满足频率测量、控制和保护的通用性要求，实现输入测量及转换输出参数的设置，拓宽了频率测量和应用范围，在旋转机械转速监测、控制和保护控制方面有很好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种旋转机械频率转换模块及三取二保护装置，尤其适合汽轮机、透平压缩机、膨胀机和燃气轮机等旋转机械频率信号的测量与转换。
背景技术
频率测量是旋转机械监测、控制和保护最基本、最重要的任务之一，其目标是获得准确、实时的频率信号并转换成系统监测、控制和保护所需的相应输出信号，目前频率测量转换装置分为专用和通用两类。
专用的频率测量转换装置，主要指一些控制系统厂商为实现旋转机械保护控制功能，在其控制系统平台基础上开发的专用频率测量模块，这些频率测量模块一般与其本身控制系统组合使用，通用性差，如各分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）厂商开发的频率测量模块不能互换使用。
通用的频率测量转换装置，一般是一入一出的频率隔离器，即输入一路频率检测，输出一路对应转速的模拟量输出（4~20mA），模拟量输出用于转速监测和控制。
旋转机械转速测量主要采用磁阻式传感器，对于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系统，一般只有脉冲输入卡件，无法直接接收磁阻式转速传感器来的信号，所以只能采用通用的频率测量转换装置的转速模拟量输出（4~20mA），而模拟量输出对应转速分辨率较低，影响了PLC系统的转速监测和控制精度。
因此目前需要开发一种频率转换模块，既能满足频率测量的通用性要求，又满足频率测量、控制和保护的准确性和实时性要求。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种旋转机械频率转换模块及三取二保护装置，能够满足频率测量的通用性要求，又满足频率测量、控制和保护的准确性和实时性要求。
本实用新型的技术方案如下所示：
一种旋转机械频率转换模块，包括输入输出接口、FPGA芯片、通讯接口和电源管理模块；所述FPGA芯片电性连接至输入输出接口和通讯接口；所述输入输出接口包括频率输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、第一数字量输出接口，第二数字量输出接口和无源脉冲输出接口；所述电源模块外接电源输入。
优选的，所述频率输入接口经整形滤波器、滞回比较器、第一隔离器电性连接至FPGA芯片。
优选的，所述模拟量输出接口经A/D转换器、第二隔离器电性连接至FPGA芯片。
优选的，所述数字量输出接口经光电耦合器电性连接至FPGA芯片。
优选的，所述光电耦合器为PhotoMOS管。
优选的，所述数字量输入接口经光耦隔离器电性连接至FPGA芯片。
优选的，所述无源脉冲输出接口经高速三极管、三极管驱动芯片电性连接至滞回比较器与第一隔离器之间。
优选的，所述通讯接口经电平转换器、第三隔离器电性连接至FPGA芯片。
优选的，所述通讯接口采用Modbus RTU通讯协议，用于设置测速齿盘齿数、报警转速、报警死区、报警输出方式、报警输出延时时间、模拟量输出转速上下限等参数以及用于读取实际转速值。
本实用新型还提供了一种三取二超速保护装置，包括旋转机械频率转换模块，所述旋转机械频率转换模块共设有三个，包括第一频率转换模块、第二频率转换模块、第三频率转换模块；所述三取二超速保护装置还包括继电器回路，所述继电器回路并联至由上述三个频率转换模块各自的两路数字量输出接口两两串联，再经并联形成的电路上。
本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的方案相较于传统技术，既能满足频率测量的准确性要求，又满足频率测量、控制和保护的通用性要求，实现输入测量及转换输出参数的设置，拓宽了频率测量和应用范围，在旋转机械转速监测、控制和保护控制方面有很好的应用前景。
附图说明
图1本实用新型实施例中的频率转换模块组成示意图。
图2位本实用新型实施例中的三取二超速保护装置的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的实施例进行进一步的说明。
如图1所示，一种旋转机械频率转换模块，包括输入输出接口、FPGA芯片、通讯接口和电源管理模块；FPGA芯片电性连接至输入输出接口和通讯接口；输入输出接口包括频率输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、第一数字量输出接口，第二数字量输出接口和无源脉冲输出接口；电源模块外接电源输入。
输入输出通道有1路频率输入、1路模拟量输出、1路数字量输入、2路数字量输出和1路无源脉冲输出。
频率输入接口经整形滤波器、滞回比较器、第一隔离器电性连接至FPGA芯片。频率输入PI的过程：首先经过隔离直流分量、滤波等前端处理后进行滞回比较，得到低电平为0V，高电平为5V的频率信号，然后通过隔离后送往FPGA进行计数处理。
模拟量输出接口经A/D转换器、第二隔离器电性连接至FPGA芯片。模拟量输出AO过程：FPGA输出数字信号经串行外设接口SPI（Serial Peripheral Interface）接口，写入DA转换芯片，实现数模转换后可输出4~20mA范围的电流信号。
数字量输出接口经光电耦合器电性连接至FPGA芯片。其中光电耦合器为PhotoMOS管。数字量输出DO的过程：当实际转速大于设定的报警（停机）转速时，由FPGA芯片输出控制信号驱动PhotoMOS管，当FPGA输出信号为“1”时，输出节点断开；FPGA芯片输出为“0”时，输出节点闭合。
数字量输入接口经光耦隔离器电性连接至FPGA芯片。数字量输入接口DI用于启动试验功能，当DI=TRUE，启用试验功能时，相应的报警动作转速提高1.03倍。
无源脉冲输出接口经高速三极管、三极管驱动芯片电性连接至滞回比较器与第一隔离器之间。无源脉冲输出PO的过程：滞回比较后的频率信号经驱动芯片驱动高速三极管，输出与输入信号同步的高速开关信号（脉冲输出）。
通讯接口经电平转换器、第三隔离器电性连接至FPGA芯片。
通讯接口采用Modbus RTU通讯协议，用于设置测速齿盘齿数、报警转速、报警死区、报警输出方式、报警输出延时时间、模拟量输出转速上下限等参数以及用于读取实际转速值。
一种三取二超速保护装置，包括旋转机械频率转换模块，旋转机械频率转换模块共设有三个，包括第一频率转换模块、第二频率转换模块、第三频率转换模块；三取二超速保护装置还包括继电器回路，继电器回路并联至由上述三个频率转换模块各自的两路数字量输出接口两两串联，再经并联形成的电路上。
如图2所示，每个频率转换模块有两路数字量输出通道DO1和DO2，其中第一频率转换模块MS1的DO1通道与第二频率转换模块MS2的DO1通道串联；第二频率转换模块MS1的DO2通道与第三频率转换模块MS3的DO1通道串联；第二频率转换模块MS2的DO2通道与第三频率转换模块MS3的DO3通道串联；将以上串联通道并联得到三取二安全保护输出。
该装置的功能为防止旋转机械因超速而损坏机组，在转速到达停机值时，通过继电器逻辑打闸使保护系统动作。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种旋转机械频率转换模块，其特征在于，包括输入输出接口、FPGA芯片、通讯接口和电源管理模块；所述FPGA芯片电性连接至输入输出接口和通讯接口；所述输入输出接口包括频率输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口、第一数字量输出接口，第二数字量输出接口和无源脉冲输出接口；所述电源模块外接电源输入。
2.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述频率输入接口经整形滤波器、滞回比较器、第一隔离器电性连接至FPGA芯片。
3.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述模拟量输出接口经A/D转换器、第二隔离器电性连接至FPGA芯片。
4.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述数字量输出接口经光电耦合器电性连接至FPGA芯片。
5.根据权利要求4所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述光电耦合器为PhotoMOS管。
6.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述数字量输入接口经光耦隔离器电性连接至FPGA芯片。
7.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述无源脉冲输出接口经高速三极管、三极管驱动芯片电性连接至滞回比较器与第一隔离器之间。
8.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述通讯接口经电平转换器、第三隔离器电性连接至FPGA芯片。
9.根据权利要求1所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述通讯接口采用Modbus RTU通讯协议，用于设置测速齿盘齿数、报警转速、报警死区、报警输出方式、报警输出延时时间、模拟量输出转速上下限以及用于读取实际转速值。
10.一种三取二保护装置，包括上述权利要求1-9中任意一项所述的旋转机械频率转换模块，其特征在于，所述旋转机械频率转换模块共设有三个，包括第一频率转换模块、第二频率转换模块、第三频率转换模块；所述三取二超速保护装置还包括继电器回路，所述继电器回路并联至由上述三个频率转换模块各自的两路数字量输出接口两两串联，再经并联形成的电路上。
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