一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含依次連接的轉(zhuǎn)速傳感器、脈沖整形放大電路、微控制器模塊，以及與微控制器模塊連接的轉(zhuǎn)速顯示單元、繼電器驅(qū)動(dòng)單元，所述微控制模塊包含比較單元和控制單元；所述轉(zhuǎn)速傳感器包含光源發(fā)射器、轉(zhuǎn)盤、光電傳感器,本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且能夠精確地測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；簡(jiǎn)化了硬件電路，降低了產(chǎn)品成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
【專利說明】一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，屬于監(jiān)控領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)是水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的重要標(biāo)志之一。準(zhǔn)確地測(cè)量機(jī)組的轉(zhuǎn)速并根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化及時(shí)地進(jìn)行各種必要的控制操作，以保證水輪發(fā)電機(jī)組正常、安全運(yùn)行，是該監(jiān)控裝置應(yīng)完成的功能。
[0003]目前，國內(nèi)水電站使用的大多是永磁發(fā)電機(jī)加電壓繼電器式、機(jī)械式等舊式轉(zhuǎn)速信號(hào)器，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量精度低、工作可靠性差等缺點(diǎn)。
[0004]在水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，過速保護(hù)系統(tǒng)作為機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于防止機(jī)組出現(xiàn)飛翼事故照成重大的損害，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)事故停機(jī)或者甩負(fù)荷時(shí)，如果出現(xiàn)調(diào)速器故障拒動(dòng)或者導(dǎo)葉關(guān)閉速度過慢等情況，就需要開啟事故匹配壓閥直接關(guān)閉導(dǎo)葉。國內(nèi)外水電站曾多次出現(xiàn)機(jī)組過速、飛翼照成的重大事故，因此提高水電機(jī)組過速保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。實(shí)時(shí)檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組的速度尤其重要。
[0005]例如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01220703479.1”的一種水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械過速保護(hù)裝置，包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)器、配重、轉(zhuǎn)速脫扣器、抱箍，轉(zhuǎn)速檢測(cè)器通過抱箍固定安裝在機(jī)組主軸上隨機(jī)組主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且在轉(zhuǎn)速檢測(cè)器的圓周對(duì)稱位置安裝配重保持平衡；轉(zhuǎn)速脫扣器安裝在機(jī)組主軸旁且與轉(zhuǎn)速檢測(cè)器留有間距；機(jī)組事故配壓閥連接轉(zhuǎn)速脫扣器，且在接收到電信號(hào)、液壓信號(hào)或者電信號(hào)和液壓信號(hào)后均會(huì)啟動(dòng)關(guān)機(jī)操作程序。該實(shí)用新型的有益效果是反應(yīng)靈敏，只要轉(zhuǎn)速脫扣器輸出電信號(hào)、或者液壓信號(hào)、或者電信號(hào)和液壓信號(hào)兩種信號(hào)都能驅(qū)動(dòng)事故配壓閥關(guān)機(jī)，從而啟動(dòng)關(guān)機(jī)操作程序，防止機(jī)組事故的發(fā)生。該實(shí)用新型雖然解決了水輪發(fā)電組轉(zhuǎn)速測(cè)量，通過轉(zhuǎn)速測(cè)量有效地進(jìn)行過速保護(hù)，但是在測(cè)速精度方面有待進(jìn)一步提升。
[0006]又如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01310276592.5”一種水輪發(fā)電機(jī)過速保護(hù)電路及其控制方法，該水輪發(fā)電機(jī)過速保護(hù)電路包括安裝于水輪發(fā)電機(jī)上的η臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x、過速檢測(cè)裝置和過速執(zhí)行裝置，η臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x與過速檢測(cè)裝置相連，過速檢測(cè)裝置與過速執(zhí)行裝置相連，過速檢測(cè)裝置接收η臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)有m臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x檢測(cè)到水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超速時(shí)，過速檢測(cè)裝置向過速執(zhí)行裝置輸出過速信號(hào)，調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，η為大于2的正整數(shù)，m為大于2且小于η的正整數(shù)。該發(fā)明避免過速執(zhí)行裝置單一的根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速是否大于115%*Ne而運(yùn)動(dòng)，避免轉(zhuǎn)速信號(hào)異常造成過速保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。同時(shí)，通過設(shè)立主配據(jù)動(dòng)條件，避免主配拒動(dòng)信號(hào)不正確而導(dǎo)致過速保護(hù)誤動(dòng)。該發(fā)明雖然解決了水輪發(fā)電組轉(zhuǎn)速測(cè)量，通過轉(zhuǎn)速測(cè)量有效地進(jìn)行過速保護(hù)，但是在測(cè)速精度方面有待進(jìn)一步提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且能夠精確地測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含依次連接的轉(zhuǎn)速傳感器、脈沖整形放大電路、微控制器模塊，以及與微控制器模塊連接的轉(zhuǎn)速顯示單元、繼電器驅(qū)動(dòng)單元，所述微控制器模塊包含比較單元和控制單元；所述轉(zhuǎn)速傳感器包含光源發(fā)射器、光電傳感器，在水輪的轉(zhuǎn)盤上設(shè)有m個(gè)感光孔，所述光源發(fā)射器將光信號(hào)垂直照射到轉(zhuǎn)盤上，通過感光孔輸出光信號(hào)，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出脈沖進(jìn)而通過脈沖整形放大電路傳輸至微控制器模塊計(jì)算得出水輪實(shí)際轉(zhuǎn)速；
比較單元，用于根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)際轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則發(fā)送信號(hào)至控制單元；
控制單元，用于根據(jù)比較單元發(fā)送的信號(hào)，通過繼電器驅(qū)動(dòng)單元控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)；
轉(zhuǎn)速顯示單元，用于實(shí)時(shí)顯示水輪轉(zhuǎn)速。
[0009]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述m 為 60 ;
作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊為FLEX10K系列CPLD芯片。
[0010]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述設(shè)定轉(zhuǎn)速為3000rpm。
[0011]作為本發(fā)明一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)速顯示單元為數(shù)碼管。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且能夠精確地測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
2、簡(jiǎn)化了硬件電路，降低了產(chǎn)品成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含依次連接的轉(zhuǎn)速傳感器、脈沖整形放大電路、微控制器模塊，以及與微控制器模塊連接的轉(zhuǎn)速顯示單元、繼電器驅(qū)動(dòng)單元，所述微控制器模塊包含比較單元和控制單元；所述轉(zhuǎn)速傳感器包含光源發(fā)射器、光電傳感器，在水輪的轉(zhuǎn)盤上設(shè)有m個(gè)感光孔，所述光源發(fā)射器將光信號(hào)垂直照射到轉(zhuǎn)盤上，通過感光孔輸出光信號(hào)，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出脈沖進(jìn)而通過脈沖整形放大電路傳輸至微控制器模塊計(jì)算得出水輪實(shí)際轉(zhuǎn)速；
進(jìn)而微控制器根據(jù)n=fp/m得出水輪轉(zhuǎn)速； 其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖，m為感光孔數(shù)量；
比較單元，用于根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速η與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)際轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則發(fā)送信號(hào)至控制單元；
控制單元，用于根據(jù)比較單元發(fā)送的信號(hào)，通過繼電器驅(qū)動(dòng)單元控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)；
轉(zhuǎn)速顯示單元，用于實(shí)時(shí)顯示水輪轉(zhuǎn)速η。
[0015]其中，所述m為60，所述微控制器模塊為FLEX10K系列CPLD芯片，所述正常轉(zhuǎn)速為3000rpm,所述轉(zhuǎn)速顯示單元為數(shù)碼管。
[0016]本發(fā)明的轉(zhuǎn)速傳感器采用光電式脈沖編碼器，與待測(cè)發(fā)電機(jī)主軸同軸相連。傳感器上均勻分布有60個(gè)感光孔，使轉(zhuǎn)速為η的水輪發(fā)電機(jī)，每分鐘有60η個(gè)脈沖輸出，即每秒有η個(gè)脈沖，故可以通過對(duì)傳感器的輸出脈沖頻率fp的測(cè)量得到水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值η。
[0017]工作時(shí),首先光源發(fā)射器將光信號(hào)垂直照射到轉(zhuǎn)盤上，通過感光孔輸出光信號(hào)，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出脈沖fp,進(jìn)而通過脈沖整形放大電路傳輸至微控制器模塊計(jì)算，進(jìn)而微控制器根據(jù)n=fp/m得出水輪轉(zhuǎn)速；其中，η為轉(zhuǎn)速，fp為輸出脈沖，m為感光孔數(shù)量；通過公式可計(jì)算出水輪轉(zhuǎn)速，微控制模塊根據(jù)計(jì)算出的水輪轉(zhuǎn)速判斷分析當(dāng)前轉(zhuǎn)速是否在正常范圍內(nèi)，若超過正常轉(zhuǎn)速，則驅(qū)動(dòng)報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)。
[0018]本發(fā)明所述的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)是采用CPLD (ComplexProgrammableLogic Device)及少量的接口器件構(gòu)成的,系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)描述采用VHDL(Very HighspeedIntegrated Circuit Hardware Descript1nLanguage)。由于米用的 CPLD 芯片能夠高密度、高速度、高性能地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。具有設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0019]FLEX10K系列器件是嵌入式PLD產(chǎn)品，每個(gè)FLEX10K器件包含一個(gè)嵌入式陣列和一個(gè)邏輯陣列。嵌入式陣列由一些嵌入式陣列塊組成，用于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能。邏輯陣列由邏輯陣列塊組成，用于實(shí)現(xiàn)通用邏輯。FLEX10K器件采用可重構(gòu)的CN0SSRAM單元，其結(jié)構(gòu)集成了實(shí)現(xiàn)通用多功能門陣列所需的全部特征，器件容量可達(dá)I萬?25萬門。具有功耗低、互連方式靈活、支持多電壓I/O接口等特點(diǎn)，能夠高密度、高速度、高性能地將整個(gè)系統(tǒng)集成于單個(gè)器件中。
[0020]由于水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速過低或過高都會(huì)影響發(fā)電系統(tǒng)正常、安全地工作，因此需相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路和控制電路來保障其工作速度在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速的設(shè)定值可根據(jù)實(shí)際機(jī)組的需要從CPLD的I/O功能引腳預(yù)置輸入，應(yīng)用VHDL語言描述，將CPLD測(cè)得的轉(zhuǎn)速值與預(yù)置值比較，超限即送出信號(hào)到控制繼電器組，使相應(yīng)的繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警電路和控制電路工作。
[0021]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包含依次連接的轉(zhuǎn)速傳感器、脈沖整形放大電路、微控制器模塊，以及與微控制器模塊連接的轉(zhuǎn)速顯示單元、繼電器驅(qū)動(dòng)單元，所述微控制器模塊包含比較單元和控制單元；所述轉(zhuǎn)速傳感器包含光源發(fā)射器、光電傳感器，在水輪的轉(zhuǎn)盤上設(shè)有m個(gè)感光孔，所述光源發(fā)射器將光信號(hào)垂直照射到轉(zhuǎn)盤上，通過感光孔輸出光信號(hào)，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出脈沖進(jìn)而通過脈沖整形放大電路傳輸至微控制器模塊計(jì)算得出水輪實(shí)際轉(zhuǎn)速； 比較單元，用于根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)際轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則發(fā)送信號(hào)至控制單元； 控制單元，用于根據(jù)比較單元發(fā)送的信號(hào)，通過繼電器驅(qū)動(dòng)單元控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)； 轉(zhuǎn)速顯示單元，用于實(shí)時(shí)顯示水輪轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述m為60。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊為FLEX10K系列CPLD芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述設(shè)定轉(zhuǎn)速為3000rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輸出脈沖頻率的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)速顯示單元為數(shù)碼管。
【文檔編號(hào)】F03B15/00GK104405574SQ201410686819
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】朱杰 申請(qǐng)人:無錫科思電子科技有限公司