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專利名稱：轉(zhuǎn)速測量控制卡及其分散控制系統(tǒng)和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)速測量控制卡及其分散控制系統(tǒng)和測量方法。
背景技術(shù)：
SUPMAX800系統(tǒng)是一種分散控制系統(tǒng)(DCS)，廣泛地應(yīng)用于電力、冶金、石油化工等各個行業(yè)。在這些行業(yè)的應(yīng)用中，SUPMAX800系統(tǒng)經(jīng)常用于數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digitalelectro-hydraulic control，簡稱DEH)，這個系統(tǒng)主要是保證汽輪機能夠在適當?shù)霓D(zhuǎn)速和負荷情況下工作。因此需要對汽輪機的轉(zhuǎn)速進行嚴格的監(jiān)視，并且當汽輪機超速時必須做出迅速反應(yīng)，以防止轉(zhuǎn)速飛升，影響人身及設(shè)備的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)速測量控制卡及其分散控制系統(tǒng)和測量方法，通過嚴格監(jiān)視汽輪機的轉(zhuǎn)速，在發(fā)生超速時迅速采取反應(yīng)，使得汽輪機能夠自動穩(wěn)定的工作。
為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種轉(zhuǎn)速測量控制卡，包括一個或多個信號整形模塊，每一信號整形模塊輸入端與一轉(zhuǎn)速測量控制卡的輸出端相連，用于對采樣的轉(zhuǎn)速信號進行整形濾波處理；與整形模塊數(shù)量相等的信號采樣計算模塊，每一信號采樣計算模塊的輸入端與一信號整形模塊的輸出端相連，它用于對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率；主控模塊，所述主控模塊的輸入端與所述信號采樣計算模塊輸出端相連，它采樣所述頻率并匯總?cè)≈兄岛筝敵觯旑l率速超出范圍時，輸出超速報警信號到上位機和報警繼電器模塊；其中所述上位機是指與主控模塊相連的需獲取超速報警信號的系統(tǒng)或設(shè)備，報警繼電器模塊，報警繼電器模塊的輸入端與主控模塊的輸出端相連，它用于獲取超速報警信號，當超速時采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制卡技術(shù)方案的一種改進，所述信號采樣計算模塊為對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率的同時進行軟件濾波的模塊。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制卡技術(shù)方案的又一改進，所述信號采樣計算模塊的輸入端通過光電隔離的方式與一信號整形模塊的輸出端相連。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制卡技術(shù)方案的一種優(yōu)選方式，所述信號整形模塊的數(shù)量的為3個。
一種轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速測量控制卡和與轉(zhuǎn)速測量控制卡輸出端相連的底板并行總線，所述轉(zhuǎn)速測量控制卡采樣計算汽輪機的轉(zhuǎn)速，并通過底板的并行總線輸出至上位機，其中，上位機是指轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)相連的需獲取轉(zhuǎn)速信息的設(shè)備，與所述轉(zhuǎn)速測量控制卡包括一個或多個信號整形模塊，每一信號整形模塊輸入端與一轉(zhuǎn)速測量控制卡的輸出端相連，用于對采樣的轉(zhuǎn)速信號進行整形濾波處理；與整形模塊數(shù)量相等的信號采樣計算模塊，每一信號采樣計算模塊的輸入端與一信號整形模塊的輸出端相連，它用于對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率；主控模塊，所述主控模塊的輸入端與所述信號采樣計算模塊輸出端相連，它采樣所述頻率并匯總?cè)≈兄岛筝敵觯旑l率速超出范圍時，輸出報警到上位機和報警繼電器模塊；報警繼電器模塊，報警繼電器模塊的輸入端與主控模塊的輸出端相連，它用于獲取報警超速信號，當超速時采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)的一種改進，所述信號采樣計算模塊為對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率的同時進行軟件濾波的模塊。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)的又一改進，所述信號采樣計算模塊的輸入端通過光電隔離的方式與一信號整形模塊的輸出端相連。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)技術(shù)方案的一種優(yōu)選方式，所述信號整形模塊的數(shù)量的為3個。
一種轉(zhuǎn)速測量控制方法，其包括以下步驟1)將汽輪機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成一路或多路脈沖信號，并對所述脈沖信號進行整形濾波處理；2)計算出所述脈沖信號的頻率；3)將所述頻率匯總，取中值后輸出，當頻率超范圍時，輸出報警信號至報警繼電器模塊；4)報警繼電器模塊接收到報警信號后，對汽輪機超速采取減速措施。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制方法技術(shù)方案的一種改進，所述步驟2)計算出所述脈沖信號的頻率的同時進行軟件濾波。
作為上述轉(zhuǎn)速測量控制方法技術(shù)方案的一種優(yōu)選方式，所述脈沖信號為3路。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是能夠精確可靠的監(jiān)視汽輪機的轉(zhuǎn)速，當汽輪機超速時能夠采取直接迅速的措施，保證了汽輪機的正常安全使用。
以下結(jié)合附圖及實施例進一步說明本發(fā)明。


圖1是轉(zhuǎn)速測量控制卡的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是信號采樣計算模塊工作流程圖；具體實施方式
實施例1-轉(zhuǎn)速測量控制卡如圖1所示，一種轉(zhuǎn)速測量控制卡，包括三個信號整形模塊1，每一信號整形模塊輸入端與一轉(zhuǎn)速測量控制卡的輸出端相連，用于對采樣的轉(zhuǎn)速脈沖信號進行整形濾波處理；三個信號采樣計算模塊2，每一信號采樣計算模塊的輸入端通過光電隔離的方式與一信號整形模塊的輸出端相連。它對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率的同時進行軟件濾波；主控模塊3，所述主控模塊的輸入端與所述信號采樣計算模塊輸出端相連，它采樣所述頻率并匯總?cè)≈兄岛筝敵觯旑l率速超出范圍時，輸出報警到上位機(請指明)和報警繼電器模塊；報警繼電器模塊4，報警繼電器模塊的輸入端與主控模塊的輸出端相連，它用于獲取報警超速信號，當超速時采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。
三路脈沖信號通過信號整形模塊1轉(zhuǎn)換成了TTL的波形并且濾掉了一些干擾產(chǎn)生的毛刺，通過光電隔離的傳遞送入三個信號采樣計算模塊2，光電隔離保證了現(xiàn)場信號與控制電路相互隔離，相互獨立。信號采樣計算模塊可采用77E58的單片機，由于77E58的計時器可以精確到晶振頻率的1/4可以大大提高精度。通過計數(shù)器和計時器，信號采樣計算模塊可以計算出精確的頻率。然后進行簡單的軟件濾波進一步提高精度濾掉干擾。再通過主控模塊3匯總?cè)齻€頻率取其中值，這樣既保證了信號比較準確當有一路信號故障時又能夠由其他兩路信號得到頻率。這時通過改變相應(yīng)的報警位通知工作人員檢查那個輸入信號以排除故障。由于要求至少兩路輸入信號正常，如果只有一路則認為是不可靠的，這樣保證了信號的可靠性。當頻率超過額定轉(zhuǎn)速的103％時跳高報警，超過額定轉(zhuǎn)速的110％時跳高高報警，并通過報警繼電器輸出模塊4輸出。報警繼電器模塊包括2個繼電器常開觸點，分別在超速103％和110％動作，使汽輪機被迅速地采取相應(yīng)的措施減速，保證生產(chǎn)的安全。
轉(zhuǎn)速測量控制卡采用3個77E58單片機獨立高速地采樣，采樣速度和精度得到了保證。其大部分元件為貼片表面安裝，元器件更穩(wěn)定可靠，進一步提高了轉(zhuǎn)速測量控制卡的穩(wěn)定性。其采用了可編程的邏輯器件XC9536，可以在線編程，能夠簡單快捷的修改邏輯，為將來修改邏輯提供了方便。
實施例2-轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)如圖2所示，一種轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速測量控制卡5和與轉(zhuǎn)速測量控制卡輸出端相連的底板并行總線6，所述轉(zhuǎn)速測量控制卡采樣計算汽輪機的轉(zhuǎn)速，并通過底板的并行總線輸出至上位機，其中所述轉(zhuǎn)速測量控制卡包括三個信號整形模塊，每一信號整形模塊輸入端與一轉(zhuǎn)速測量控制卡的輸出端相連，用于對采樣的轉(zhuǎn)速信號進行整形濾波處理；三個信號采樣計算模塊，所述信號采樣計算模塊的輸入端通過光電隔離的方式與一信號整形模塊的輸出端相連。它用于對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率，同時進行軟件濾波。
主控模塊，所述主控模塊的輸入端與所述信號采樣計算模塊輸出端相連，它采樣所述頻率并匯總?cè)≈兄岛筝敵觯旑l率速超出范圍時，輸出報警到上位機和報警繼電器模塊；報警繼電器模塊，報警繼電器模塊的輸入端與主控模塊的輸出端相連，它用于獲取報警超速信號，當超速時采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。
實施例3-轉(zhuǎn)速測量控制方法一種轉(zhuǎn)速測量控制方法，采用實施例1及實施例2的設(shè)備，其包括以下步驟1)將汽輪機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成3路脈沖信號，并對所述脈沖信號進行整形濾波處理；2)計算出所述脈沖信號的頻率，同時進行軟件濾波；3)將所述頻率匯總，取中值后輸出，當頻率超范圍時，輸出報警信號至報警繼電器模塊；4)報警繼電器模塊接收到報警信號后，對汽輪機超速采取減速措施。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)速測量控制方法通過以下具體步驟實現(xiàn)首先，信號采樣計算模塊的77E58用計數(shù)器和計時器來計算頻率。為了保證計算的精確性，本實施例中，采用了如下的方法如圖3所示，首先以脈沖信號的上升沿作為計時的開始時間，將計時器設(shè)定T1為10mS，此時同時進行計數(shù)和計時。當?shù)竭_10mS時繼續(xù)計時直到脈沖信號再次出現(xiàn)上升沿時停止計數(shù)，這時脈沖信號的波形是完整的，并獲得計時值T2和計數(shù)值n，然后通過以下式得到頻率頻率＝計數(shù)值/(10mS+計時值)，即F＝n/(T1+T2)為了得到較快的響應(yīng)時間所以采用10mS的計時值。由于10mS比較短，其間出現(xiàn)的脈沖在30～40個左右，如果出現(xiàn)一個脈沖的誤差將大大影響精度。所以采用77E58的單片機，其晶振頻率的1/4計時器分辨率可以大大提高精度，使得計時誤差減小到0.2uS，即萬分之0.2，使得最終的頻率誤差控制在上下一個碼。
然后通過軟件濾波8進行以下簡單的濾波，方法如下將這次的頻率值與上兩次的頻率取平均數(shù)，而下一次的頻率再與下一次的前兩個頻率取平均數(shù)作為頻率。雖然采用此種方式響應(yīng)速度將會有所降低，但是它能夠很好的濾去干擾，使得頻率變化比較平滑穩(wěn)定。從而進一步提高了精度。
主控模塊的單片機通過與信號采樣計算模塊的單片機會話通信獲得各個頻率值，方法如下由于轉(zhuǎn)速范圍為0---4096之間，將其轉(zhuǎn)換為二進制時為12位，本實施例中主控模塊與采樣計算模塊通過8根數(shù)據(jù)線連接，因此分兩次傳輸。而且可能采樣計算模塊正在進行計數(shù)和計時，這時需要等待其先處理完計數(shù)和計時再來響應(yīng)會話。因此采用這樣的會話方式，首先主控模塊發(fā)出請求，當采樣計算模塊空閑的時候就響應(yīng)這個請求給主控模塊一個信號，并且將轉(zhuǎn)速的低字節(jié)傳給主控模塊。當主控模塊收到響應(yīng)就開始接受數(shù)據(jù)。主控模塊收完低字節(jié)后再次請求高字節(jié)。采樣計算模塊會再次響應(yīng)并將轉(zhuǎn)速的高字節(jié)上傳給主控模塊。主控模塊收到響應(yīng)收取高字節(jié)。這樣便得到了完整的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。
然后對這三個頻率信號進行處理以及修改報警位10，具體如下實際的頻率為這三個頻率的中值，這樣可以提高頻率的精度又可以保證信號的可靠性，即必須有至少兩個信號有效時才認為其可靠，而此時取中值不會影響頻率的準確性。當有一路輸入信號出現(xiàn)故障的時候，相應(yīng)的報警位會修改，工作人員可以通過這些報警位判斷哪個輸入信號出現(xiàn)故障進行維修。
當轉(zhuǎn)速出現(xiàn)超速時軟件會給出報警11，具體方法如下超過103％輸出103％的報警繼電器和103％的報警位，超過110％時，再輸出110％的報警繼電器和110％的報警位。使得可以通過繼電器直接快速的采取措施，工作人員也能夠通過畫面了解現(xiàn)在的超速情況。當轉(zhuǎn)速下降消掉110％和103％報警時，去掉報警的界限比110％和103％略低，這樣是為了避免轉(zhuǎn)速如果在110％和103％附近波動的話產(chǎn)生繼電器的顫動損壞繼電器。
相應(yīng)的數(shù)據(jù)位和報警位見下表

●轉(zhuǎn)速位Bit11～Bit00(0～4095Cycle/Min.)●報警位Bit13 Bit12

●通道故障位Bit15 Bit14

此外，如某一通道的轉(zhuǎn)速值與另兩個通道之差超出100，亦判此通道有故障。
下面對本發(fā)明的原理做如下描述轉(zhuǎn)速測量控制卡是通過接收傳感器根據(jù)汽輪機轉(zhuǎn)速發(fā)出的脈沖信號，通過一定時間的同時計數(shù)和計時，計算得到脈沖的頻率。并且同時對一個汽輪機用三路信號監(jiān)視，保證其信號的可靠性。通過對三路信號匯總?cè)∑渲兄怠．斵D(zhuǎn)速超過103％和110％時通過板子自身的繼電器輸出，使得能夠迅速地采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。同時轉(zhuǎn)速測量控制卡將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)及報警上傳到SUPMAX800并行總線上。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)速測量控制卡，其特征在于包括一個或多個信號整形模塊，每一信號整形模塊輸入端與一轉(zhuǎn)速測量控制卡的輸出端相連，用于對采樣的轉(zhuǎn)速信號進行整形濾波處理；與整形模塊數(shù)量相等的信號采樣計算模塊，每一信號采樣計算模塊的輸入端與一信號整形模塊的輸出端相連，它用于對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率；主控模塊，所述主控模塊的輸入端與所述信號采樣計算模塊輸出端相連，它采樣所述頻率并匯總?cè)≈兄岛筝敵觯旑l率速超出范圍時，輸出超速報警信號；報警繼電器模塊，報警繼電器模塊的輸入端與主控模塊的輸出端相連，它用于獲取超速報警信號，當超速時采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)速測量控制卡，其特征在于所述信號整形模塊的數(shù)量的為3個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)速測量控制卡，其特征在于所述信號采樣計算模塊為對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率的同時進行軟件濾波的模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)速測量控制卡，其特征在于所述信號采樣計算模塊的輸入端通過光電隔離的方式與一信號整形模塊的輸出端相連。
5.一種轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)，其特征在于包括轉(zhuǎn)速測量控制卡和與轉(zhuǎn)速測量控制卡輸出端相連的底板并行總線，所述轉(zhuǎn)速測量控制卡采樣計算汽輪機的轉(zhuǎn)速，并通過底板的并行總線輸出，其中所述轉(zhuǎn)速測量控制卡包括一個或多個信號整形模塊，每一信號整形模塊輸入端與一轉(zhuǎn)速測量控制卡的輸出端相連，用于對采樣的轉(zhuǎn)速信號進行整形濾波處理；與整形模塊數(shù)量相等的信號采樣計算模塊，每一信號采樣計算模塊的輸入端與一信號整形模塊的輸出端相連，它用于對整形濾波后的信號進行采樣并計算頻率；主控模塊，所述主控模塊的輸入端與所述信號采樣計算模塊輸出端相連，它采樣所述頻率并匯總?cè)≈兄岛筝敵觯旑l率速超出范圍時，輸出超速報警信號；報警繼電器模塊，報警繼電器模塊的輸入端與主控模塊的輸出端相連，它用于獲取超速報警信號，當超速時采取措施降低汽輪機轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號采樣計算模塊的輸入端通過光電隔離的方式與一信號整形模塊的輸出端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號整形模塊的數(shù)量的為3個。
8.一種轉(zhuǎn)速測量控制方法，其包括以下步驟1)將汽輪機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成一路或多路脈沖信號，并對所述脈沖信號進行整形濾波處理；2)計算出所述脈沖信號的頻率；3)將所述頻率匯總，取中值后輸出，當頻率超范圍時，輸出報警信號至報警繼電器模塊；4)報警繼電器模塊接收到報警信號后，對汽輪機超速采取減速措施。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)速測量控制方法，其特征在于所述步驟2)計算出所述脈沖信號的頻率的同時進行軟件濾波。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的轉(zhuǎn)速測量控制方法，其特征在于所述脈沖信號為3路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)速測量控制卡及其分散控制系統(tǒng)和測量方法，所述轉(zhuǎn)速測量控制卡包括信號整形模塊、信號采樣計算模塊，主控模塊，報警繼電器模塊。所述轉(zhuǎn)速測量控制分散控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速測量控制卡和與轉(zhuǎn)速測量控制卡輸出端相連的底板并行總線。所述轉(zhuǎn)速測量控制方法包括以下步驟將汽輪機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成一路或多路脈沖信號，并對所述脈沖信號進行整形濾波處理；計算出所述脈沖信號的頻率；將所述頻率匯總，取中值后輸出，當頻率超范圍時，輸出報警信號至報警繼電器模塊；報警繼電器模塊接收到報警信號后，對汽輪機超速采取減速措施。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠精確可靠的監(jiān)視汽輪機的轉(zhuǎn)速，當汽輪機超速時能夠采取措施保證汽輪機的安全。
文檔編號G01P3/00GK1873573SQ20051002632
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者徐敦贏 申請人:上海自動化儀表股份有限公司