CN215952754U - 一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，包括多个振动信号调节器；每个振动信号调节器接收来自多个传感器的振动信号，并将输出信号传递给DCS系统；其中，振动信号调节器的每个信号通道对应一个传感器的振动信号；所述振动信号调节器包括：输入信号转换单元、处理单元、输出信号转换单元、控制单元；所述输入信号转换单元和输出信号转换单元分别通过隔离器与所述处理单元连接。本实用新型的有益效果是：本实用新型的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统通过多个四通道振动信号调节器联用，大幅降低了电缆和DCS卡件资源占用，同时，发生单个故障调节器故障时，其余调节器仍然能够正常工作，不致产生监测功能全面失效的后果。

Description

一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统

技术领域

本实用新型属于核工业领域，具体涉及一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统。

背景技术

在以往核电项目，核电站全厂重要机泵设备(如泵组、风机)主要从保障系统运行安全性角度进行设计，只将振动传感器探测到的设备振动特征信号(RMS，原始动态振动数据均方根计算值)通过变送器变送为4～20mA送到DCS中进行模拟量显示和/或超过振动阈值报警来监测设备运行状态，以提醒操纵人员运行设备出现故障，而未从设备早期运行检测、故障预防和健康管理的角度进行统筹考虑。

而随着核电站对全厂重要设备运维需求的提高，振动监测技术作为重要设备故障诊断技术之一，对振动数据的要求也进一步提升。一方面振动特征信号要求送到DCS进行显示和故障报警，另一方面振动原始动态数据需要进行高速采集并送到故障诊断中心进行时域、频域或模态分析实现对设备的故障分析和诊断。

目前核电厂通常采用的振动传感器+分体振动变送器或者一体化振动变送器的方式，该变送器通常只能接受的振动测点通常只有一个，通过4-20mA将振动特征信号送到了DCS，该种方式虽然保障了数据传输的高可靠性，但在实际应用中，4-20mA的传输方式占用了大量电缆和DCS卡件资源，降低了经济性。同时，该类变送器通常只能在振动变送器上预留的BNC模拟接口进行现场数据采集，而无法将振动原始动态数据实时传输到上位机进行进一步的诊断分析工作。

虽然目前在民用市场上有较多分析功能完善的振动监测装置，采集通道从数十到数百不等，其设计理念是通过插槽式板卡(如PXI/PCI/PCIe等类型)对所有通道的振动数据进行采集、分析、处理，可与DCS进行数据通讯。但是如果该振动监测装置发生单一故障，比如设备损坏、断电、断线、线缆接头损坏、软件故障等问题，由于设备主体功能的单一性，将导致DCS振动监测功能全面失效。所以该采集方式在振动分析领域虽然应用较为广泛，但在对数据传输可靠性较高的核电存在很大的局限性。

核电站全厂重要机泵设备设置有数百个振动测点，如采用单通道振动信号采集器将占用大量布置空间并影响经济性，单台振动信号采集器增加采集通道可以提高经济性并节约布置空间，但采集通道越多发生单一故障后的影响越大。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，本技术方案同时解决单个变送器在实际应用时占用大量电缆和DCS卡件资源和插槽式板卡式振动监控装置在出现故障时导致DCS振动监测功能全面失效的技术问题。同时新增振动原始数据的网络化传输功能，实现振动原始动态数据通过TCP网络将数据送到振动分析系统进行数据的诊断分析。

本实用新型的技术方案为：

一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，包括多个振动信号调节器；所述振动信号调节器为四通道振动信号调节器；每个振动信号调节器接收来自多个传感器的振动信号，并将输出信号传递给工控系统或振动分析系统；其中，振动信号调节器的每个信号通道对应一个传感器的振动信号；

所述振动信号调节器包括：

输入信号转换单元，用于将来自传感器的信号转换成输入信号；

处理单元，用于将根据所述输入信号产生控制信号和输出信号；

输出信号转换单元，用于将所述输出信号转换后输出给工控系统或振动分析系统；

控制单元，用于根据所述控制信号发生相应动作；

所述输入信号转换单元和输出信号转换单元分别通过隔离器与所述处理单元连接。

进一步地，上述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，所述输入信号转换单元包括：

传感器输入电路，接收来自传感器的信号；

阻抗匹配和BNC输出电路，用于将传感器输入电路的信号变为低阻信号；

信号转换电路，用于缩小所述低阻信号以便ADC电路处理，并将其转换成差分信号；

滤波电路，用于去除所述差分信号中的高频分量；

ADC电路，用于将滤波后的差分信号转换成所述输入信号。

进一步地，上述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，所述控制单元包括继电器、RS485通讯接口和双以太网接口。

进一步地，上述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，所述隔离器通过SAI接口将所述输入信号传输给所述处理单元；所述输出信号通过SPI接口传输给所述输出信号转换单元的DAC电路。

进一步地，上述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，所述DAC电路输出的模拟信号为电压信号和/或电流信号。

进一步地，上述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，所述处理单元还连接有存储电路。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统通过多个四通道振动信号调节器联用，大幅降低了电缆和DCS卡件资源占用，同时，发生单个故障调节器故障时，其余调节器仍然能够正常工作，不致产生监测功能全面失效的后果。

2、本实用新型中的振动信号调节器，输出信号多样化，包括电流信号、电压信号、RS485总线信号、TCP网络信号，振动信号调节器可以同步监测机械的各个重要测试点，确保测试准确性。

3、本实用新型中的信号调节器设置有隔离器，各信号通道间是隔离的，输入信号、电源、RS485、双接口以太网、继电器、每一路输出信号全部隔离。

4、本实用新型通过多种数据传输功能的设计，一方面可以实现振动特征参数的高可靠性传输，保障振动特征参数向DCS传输的高可靠性需求；一方面可以实现振动原始动态数据网络化传输，支持通过网路协议将数据送到振动分析系统进行数据的诊断分析。

附图说明

图1为本实用新型的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统的结构框图。

图2为本实用新型中的振动信号调节器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行介绍：

如图1所示，本实用新型提供了一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，包括多个振动信号调节器(图1中仅示出了3个调节器作为示意，实际应用中调节器数量要远远不止3个，根据实际情况而定)；所述振动信号调节器为四通道振动信号调节器；每个振动信号调节器接收来自四个传感器的振动信号，并将输出信号传递给工控系统(如DCS、PLC)或振动分析系统；其中，振动信号调节器的每个信号通道对应一个传感器的振动信号。

本实用新型的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统通过多个四通道振动信号调节器联用，大幅降低了电缆和DCS卡件资源占用，同时，发生单个故障调节器故障时，其余调节器仍然能够正常工作，不致产生监测功能全面失效的后果。

如图2所示，所述振动信号调节器包括：输入信号转换单元，用于将来自传感器的信号转换成输入信号；处理单元，用于将根据所述输入信号经过计算处理产生控制信号、模拟输出信号、RS485总线输出信号及RJ45TCP网络输出信号；输出信号转换单元，用于将所述输出信号转换后输出给工控系统(如DCS、PLC)或振动分析系统；具体而言，模拟输出信号或RS485总线输出信号转换单元用于转换后的信号输出给工控系统；RJ45TCP网络输出信号转换单元用于将相应信号输出给震动分析系统；控制单元，用于根据所述控制信号发生相应动作；所述输入信号转换单元和输出信号转换单元分别通过隔离器与所述处理单元连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述振动信号调节器的四个振动信号采集通道可与主流厂家的振动传感器配套使用，为振动传感器提供恒流激励电源。采用微处理器技术，集成24位置ADC和16位DAC，可同时接收4路振动测点数据，保障数据的同步性，采集数据满足核电站全厂重要机泵设备振动监侧和数据分析要求。同时该信号调节器采用全隔离设计，提高了抗干扰能力；系统采用半功、双功通讯电路，提供多种协议的通讯方式，不同的通讯协议传输不同的数据，为核电的机泵振动监测提供高集成度、智能化的仪表设备。

图2中，输入信号转换单元包括传感器输入电路、阻抗匹配和BNC输出电路、信号转换电路、滤波电路和ADC电路。

传感器输入电路，接收来自传感器的信号；此外，该电路还为传感器提供电源，电源为+24V,恒流4mA，检测到信号之后当作信号调节器的输入信号，灵敏度根据传感器灵敏度来设定，通过软件来实现。

阻抗匹配和BNC输出电路，用于将传感器输入电路的信号变为低阻信号，其电源为+24V电源；阻抗匹配电路是将高阻信号变为低阻信号，BNC输出是将低阻信号再做一次阻抗转换后用作BNC输出；使用双运放隔离的目的是减少输出端对输入信号的影响。

信号转换电路，用于缩小所述低阻信号以便ADC电路处理，并将其转换成差分信号；其电源是5V电源。

滤波电路，用于去除所述差分信号中的高频分量，减少频谱混叠对信号的影响。

ADC电路，需要提供5V电源和3.3V电源，将滤波后的每一路差分信号传给ADC的差分信号输入端，形成所述输入信号后通过SAI接口传给输入端的隔离器。

上述的输入信号转换单元中各电路所需电源均由信号电源电路提供，该信号电源电路是将冗余电源输入电路的主电压进行隔离输出，产生1路隔离+24V电压，再将隔离后的+24V转换为5V、24V@4mA、参考电压5V，将5V电压转换成3.3V。

所述控制单元包括继电器、RS485通讯接口和双以太网接口。双以太网接口电路是使用两个以太网接口来通讯，可以支持交换机功能，方便用户串联使用，避免布线麻烦。RS485通讯电路用来传输主变量信息。继电器电路是提供给控制室一个报警的开关量信号，用于表征振动信号调节器出现严重故障。

处理单元是MCU电路，使用冗余输入电源产生的3.3V电压，MCU接收输入信号隔离器输出的数字信号，MCU通过软件来控制DAC输出，控制继电器，控制RS485，控制SDRAM，双以太网接口。

上文中冗余电源输入电路是两个电源分别输入到产品中，取最高电压使用，当一路电源出现问题时产品不会停止工作，以保证可靠性。

所述隔离器通过SAI接口将所述输入信号传输给所述处理单元；所述输出信号通过SPI接口传输给所述输出信号转换单元的DAC电路。输入信号的隔离器需要从输入信号电源中取到3.3V电压和冗余输入电源端取到电压3.3V，将传输的数字信号通过SAI接口传输给MCU电路。输出信号的隔离器电路是将输出的模拟信号进行隔离，区分每一路输出信号，保证每一路信号都是隔离的，避免输出信号互相干扰。

所述DAC电路输出的模拟信号为电压信号和/或电流信号，其工作电压由输出信号电源电路提供，包括+24V，-14V，+5V电源。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本实用新型的举例说明，本实用新型也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本实用新型的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本实用新型的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本实用新型的范围内。

Claims (6)

1.一种核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，其特征在于，包括多个振动信号调节器；所述振动信号调节器为四通道振动信号调节器；每个振动信号调节器接收来自多个传感器的振动信号，并将输出信号传递给工控系统或振动分析系统；其中，振动信号调节器的每个信号通道对应一个传感器的振动信号；

所述振动信号调节器包括：

输入信号转换单元，用于将来自传感器的信号转换成输入信号；

处理单元，用于将根据所述输入信号产生控制信号和输出信号；

输出信号转换单元，用于将所述输出信号转换后输出给工控系统系统或振动分析系统；

控制单元，用于根据所述控制信号发生相应动作；

所述输入信号转换单元和输出信号转换单元分别通过隔离器与所述处理单元连接。

2.如权利要求1所述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，其特征在于，所述输入信号转换单元包括：

传感器输入电路，接收来自传感器的信号；

阻抗匹配和BNC输出电路，用于将传感器输入电路的信号变为低阻信号；

信号转换电路，用于缩小所述低阻信号以便ADC电路处理，并将其转换成差分信号；

滤波电路，用于去除所述差分信号中的高频分量；

ADC电路，用于将滤波后的差分信号转换成所述输入信号。

3.如权利要求1所述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，其特征在于，所述控制单元包括继电器、RS485通讯接口和双以太网接口。

4.如权利要求1-3任一所述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，其特征在于，所述隔离器通过SAI接口将所述输入信号传输给所述处理单元；所述输出信号通过SPI接口传输给所述输出信号转换单元的DAC电路。

5.如权利要求4所述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，其特征在于，所述DAC电路输出的模拟信号为电压信号和/或电流信号。

6.如权利要求1所述的核电站用高可靠多通道振动信号调节系统，其特征在于，所述处理单元还连接有存储电路。

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