CN102495225A - 一种汽轮机转速测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机转速测量装置及测量方法。该装置包括转速传感器信号调理模块、控制模块、超速保护输出模块和通讯接口模块；所述汽轮机转速测量装置通过转速传感器信号调理模块与转速传感器相连；所述转速传感器信号调理模块与CPLD转速测量模块相连；所述CPLD转速测量模块与控制模块通过SPI通讯相连；所述控制模块分别与超速保护输出模块和通讯接口相连。本发明汽轮机转速测量方法测量速度快，且精确、稳定。

Description

一种汽轮机转速测量装置及测量方法
技术领域
    本发明涉及一种工业控制领域发电厂汽轮机转速测量装置和测量方法。
背景技术
    汽轮发电机是电力行业的关键设备，一旦发生故障，造成的损失非常严重。汽轮机转速是汽轮机安全运行的最重要的参数之一。转速测量的精度，稳定性，以及测量速度都极为重要。
尤其随着机组容量的增大，自动化程度的提高，对机组转速测量的要求也越来越高。工业现场环境复杂，配套的传感器种类繁多，各种干扰也较为严重，传统的转速传感器信号调理模块，在抑制干扰及传感器的适应型上存在一些不足，导致某些工况下转速信号质量较差影响测量。
传统的测量方法保证测量精度意味着测量脉冲数增加，为了避免脉冲不均匀影响转速测量的稳定性意味着必须测量的脉冲数为测速齿轮齿数的整倍数。这都意味着传统的测量方法都需要耗费较长的测量时间。而对于汽机的超速保护而言，测量保护时间越短越好。传统的测频法，测周期法，测频测周期结合法及等精度测频法，转速测量的精度和稳定性可以做的较高，而无法在保证精度和稳定性的前提下，大幅的提高转速测量时间。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效提高转速测量速度、同时保证测量精度和稳定性的测量装置和测量方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种汽轮机转速测量装置，汽轮机转速测量装置包括转速传感器信号调理模块、控制模块、超速保护输出模块和通讯接口模块；所述汽轮机转速测量装置通过转速传感器信号调理模块与转速传感器相连；所述转速传感器信号调理模块与CPLD（复杂可编程逻辑器件）转速测量模块相连；所述CPLD转速测量模块与控制模块通过SPI通讯相连；所述控制模块分别与超速保护输出模块和通讯接口相连。
对本发明的进一步改进在于：上述转速传感器信号调理模块包括数字开关、可调电阻、八阶低通滤波器、隔直电路、比较器和缓冲器；所述转速传感器信号调理模块通过数字开关切入可调电阻；所述数字开关依次连接八阶低通滤波器、隔直电路、比较器和缓冲电路；所述转速传感器信号调理模块通过缓冲电路与所述CPLD转速测量模块相连。
CPLD转速测量模块包括多路独立的测频逻辑电路；所述测频逻辑电路交错并行测量、串行输出。其中测频逻辑电路为三路，三路测量相位上错开120°，每路完成360°测量后，更新转速值；或测频逻辑电路为六路，六路测量相位上错开120°，每路完成720°测量后，更新转速值。
本发明还提供了一种汽轮机转速测量装置的测量方法，包括以下步骤：
（1）所述转速传感器输出转速信号经转速传感器信号调理模块调理成标准脉冲信号，送至CPLD转速测量模块；
（2）CPLD转速测量模块将测得的转速数据经SPI通讯传送给控制模块；
（3）控制模块根据超速保护输出模块输出动作信号，并通过通讯接口将转速值输出。
其中，步骤（1）中转速信号调理模块的调理过程为：转速信号经一级八阶低通滤波器滤除高频干扰，然后通过隔直电路去除直流分量，再送入比较器输出脉冲信号，最后通过一级缓冲电路整形后输出至CPLD。比较器的比较门槛电压通过数字电位器分压设定。
步骤（2）中CPLD转速测量模块的转速测量过程为：所述脉冲信号进入三路独立的测频逻辑电路，三路测频逻辑电路依次延迟120°启动，每路完成360°测量后，更新转速值。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、通过转速传感器信号调理模块转换信号后，由CPLD转速测量模块进行测量，速度更快，且测量精确、稳定。
2、采用具有八阶低通滤波器、一级隔直电路、一级门槛数字可调的比较器、一级缓冲器和一级输入阻抗数字可调电路的高可靠转速传感器信号调理模块，能适应更多种类传感器，包括工业现场使用最多的磁阻传感器和电涡流传感器；同时八阶低通滤波器对高频干扰的抑制能力很强，能将干扰滤得更彻底；比较器门槛可数字调节，使用更方便灵活；输入阻抗数字可调，降低了对传感器和测速齿轮的要求：传感器和测速齿轮配合不佳时，信号会出现畸变，适当的降低输入阻抗可以有效的抑制畸变带来的影响。
3、CPLD转速测量模块采用三路测频逻辑电路进行交错并行测量，测量时间缩短至1/3：传统的测量方式是每转动360更新一个转速，本测量方法为每转动120°即更新一次转速；且测量逻辑完全在一片CPLD内实现，保证了成本的低廉性；三路测量取自同一转速传感器信号调理模块，不增加硬件成本；测量精度和测量时间上更容易平衡：CPLD资源如果充足，如需提高测量精度而不加长测量时间，可增加测量路数，如六路测量，每路测量720°（二转）后，更新转速值。
附图说明
图1为本发明汽轮机转速测量装置结构示意图。
图2为图1中转速传感器信号调理模块的电路示意图。
图3为图1中CPLD转速测量模块的测量方法示意图。
图中，1-转速信号，2-转速传感器信号调理模块，3-CPLD转速测量模块隔离模块，4-控制模块5-通讯接口，6-超速保护输出模块，7-其它设备，21-数字开关，22-可调电阻，23-八阶低通滤波器，24-隔直电路，25-比较器，26-缓冲器，27-数字电位器，28-脉冲信号。
具体实施方式
    下面结合附图对本发明汽轮机转速测量装置及测量方法进行详细说明。
    图1所示本发明汽轮机转速测量装置，包括转速传感器调理模块2、CPLD转速测量模块3、控制模块4、超速保护输出模块6和通讯接口5。转速传感器1输出的转速信号经转速传感器调理模块2调理成标准的脉冲信号28后，送至CPLD转速测量模块3测量，通过高速SPI通讯将测量数据传送给控制模块4，再根据超速保护输出模块6输出动作信号，同时通过冗余的通讯接口5将转速值传送给其他设备7使用。
参见图2，转速传感器信号调理模2包括数字开关21、可调电阻22、八阶低通滤波器23、隔直电路24、比较器25和缓冲器26。转速传感器信号调理模块2通过数字开关21切入可调电阻22，改变模块的输入阻抗。数字开关21依次连接八阶低通滤波器23、隔直电路24、比较器25和缓冲电路26，缓冲电路26输出脉冲信号28至CPLD转速测量模块3。
参见图3，CPLD转速测量模块3包括三路独立的测频逻辑电路，三路测量相位上错开120°，每路完成360°测量后，更新转速值。
结合图1、图2和图3，本发明汽轮机转速测量方法为：
（1）转速传感器输出转速信号1，输入经转速传感器信号调理模2。转速信号1经过一级八阶低通滤波器23，滤除高频干扰。然后通过隔直电路24，去除直流分量，再送入比较器25，输出脉冲信号。比较器25的比较门槛通过数字电位器27分压设定。比较器25输出的脉冲再经一级缓冲器26进行信号整形形成上升下降沿陡峭的脉冲信号28，输出至CPLD转速测量模块3。
（2）脉冲信号28进入3路独立的测频逻辑电路，3路测量依次延迟120°启动。每一路测量360°后置转速测量完毕标志，计算出转速，每隔120°即更新一次转速，每次更新的转速都测量了360°（一周）。假定测速齿轮数为60个，则第2路测频逻辑电路较1延迟20个齿轮启动，第3路测频逻辑电路较2延迟20个齿轮启动。
（3）控制模块4根据超速保护输出模块6输出动作信号，并通过冗余的通讯接口5将转速值输出至其它设备7使用。

Claims (9)

1.一种汽轮机转速测量装置，该装置与转速传感器相连，其特征在于：所述汽轮机转速测量装置包括转速传感器信号调理模块、控制模块、超速保护输出模块和通讯接口模块；所述汽轮机转速测量装置通过转速传感器信号调理模块与转速传感器相连；所述转速传感器信号调理模块与CPLD转速测量模块相连；所述CPLD转速测量模块与控制模块通过SPI通讯相连；所述控制模块分别与超速保护输出模块和通讯接口相连。
2.根据权利要求1所述的汽轮机转速测量装置，其特征在于：所述转速传感器信号调理模块包括数字开关、可调电阻、八阶低通滤波器、隔直电路、比较器和缓冲器；所述转速传感器信号调理模块通过数字开关切入可调电阻；所述数字开关依次连接八阶低通滤波器、隔直电路、比较器和缓冲电路；所述转速传感器信号调理模块通过缓冲电路与所述CPLD转速测量模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的汽轮机转速测量装置，其特征在于：所述CPLD转速测量模块包括多路独立的测频逻辑电路；所述测频逻辑电路交错并行测量、串行输出。
4.根据权利要求3所述的汽轮机转速测量装置，其特征在于：所述测频逻辑电路为三路，三路测量相位上错开120°，每路完成360°测量后，更新转速值。
5.根据权利要求3所述的汽轮机转速测量装置，其特征在于：所述测频逻辑电路为六路，六路测量相位上错开120°，每路完成720°测量后，更新转速值。
6.一种应用权利要求1所述的汽轮机转速测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）所述转速传感器输出转速信号经转速传感器信号调理模块调理成标准脉冲信号，送至CPLD转速测量模块；
（2）CPLD转速测量模块将测得的转速数据经SPI通讯传送给控制模块；
（3）控制模块根据超速保护输出模块输出动作信号，并通过通讯接口将转速值输出。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述步骤（1）中转速信号调理模块的调理过程为：转速信号经一级八阶低通滤波器滤除高频干扰，然后通过隔直电路去除直流分量，再送入比较器输出脉冲信号，最后通过一级缓冲电路整形后输出至CPLD。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于：所述比较器的比较门槛通过数字电位器分压设定。
9.根据权利要求6或7所述的测量方法，其特征在于：所述步骤（2）中CPLD转速测量模块的转速测量过程为：所述脉冲信号进入三路独立的测频逻辑电路，三路测频逻辑电路依次延迟120°启动，每路完成360°测量后，更新转速值。
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