專利名稱：一種汽輪機轉速測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種工業控制領域發電廠汽輪機轉速測量裝置和測量方法。
背景技術：
汽輪發電機是電力行業的關鍵設備，一旦發生故障，造成的損失非常嚴重。汽輪機轉速是汽輪機安全運行的最重要的參數之一。轉速測量的精度，穩定性，以及測量速度都極為重要。尤其隨著機組容量的增大，自動化程度的提高，對機組轉速測量的要求也越來越高。工業現場環境復雜，配套的傳感器種類繁多，各種干擾也較為嚴重，傳統的轉速傳感器信號調理模塊，在抑制干擾及傳感器的適應型上存在一些不足，導致某些工況下轉速信號質量較差影響測量。傳統的測量方法保證測量精度意味著測量脈沖數增加，為了避免脈沖不均勻影響轉速測量的穩定性意味著必須測量的脈沖數為測速齒輪齒數的整倍數。這都意味著傳統的測量方法都需要耗費較長的測量時間。而對于汽機的超速保護而言，測量保護時間越短越好。傳統的測頻法，測周期法，測頻測周期結合法及等精度測頻法，轉速測量的精度和穩定性可以做的較高，而無法在保證精度和穩定性的前提下，大幅的提高轉速測量時間。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種能有效提高轉速測量速度、同時保證測量精度和穩定性的測量裝置和測量方法。為了達到上述目的，本發明提供了一種汽輪機轉速測量裝置，汽輪機轉速測量裝置包括轉速傳感器信號調理模塊、控制模塊、超速保護輸出模塊和通訊接口模塊；所述汽輪機轉速測量裝置通過轉速傳感器信號調理模塊與轉速傳感器相連；所述轉速傳感器信號調理模塊與CPLD (復雜可編程邏輯器件)轉速測量模塊相連；所述CPLD轉速測量模塊與控制模塊通過SPI通訊相連；所述控制模塊分別與超速保護輸出模塊和通訊接口相連。對本發明的進一步改進在于上述轉速傳感器信號調理模塊包括數字開關、可調電阻、八階低通濾波器、隔直電路、比較器和緩沖器；所述轉速傳感器信號調理模塊通過數字開關切入可調電阻；所述數字開關依次連接八階低通濾波器、隔直電路、比較器和緩沖電路；所述轉速傳感器信號調理模塊通過緩沖電路與所述CPLD轉速測量模塊相連。CPLD轉速測量模塊包括多路獨立的測頻邏輯電路；所述測頻邏輯電路交錯并行測量、串行輸出。其中測頻邏輯電路為三路，三路測量相位上錯開120°，每路完成360°測量后，更新轉速值；或測頻邏輯電路為六路，六路測量相位上錯開120°，每路完成720°測量后，更新轉速值。本發明還提供了一種汽輪機轉速測量裝置的測量方法，包括以下步驟
(1)所述轉速傳感器輸出轉速信號經轉速傳感器信號調理模塊調理成標準脈沖信號， 送至CPLD轉速測量模塊；(2)CPLD轉速測量模塊將測得的轉速數據經SPI通訊傳送給控制模塊；
(3)控制模塊根據超速保護輸出模塊輸出動作信號，并通過通訊接口將轉速值輸出。其中，步驟(1)中轉速信號調理模塊的調理過程為轉速信號經一級八階低通濾波器濾除高頻干擾，然后通過隔直電路去除直流分量，再送入比較器輸出脈沖信號，最后通過一級緩沖電路整形后輸出至CPLD。比較器的比較門檻電壓通過數字電位器分壓設定。步驟(2)中CPLD轉速測量模塊的轉速測量過程為所述脈沖信號進入三路獨立的測頻邏輯電路，三路測頻邏輯電路依次延遲120°啟動，每路完成360°測量后，更新轉速值。本發明相比現有技術具有以下優點
1、通過轉速傳感器信號調理模塊轉換信號后，由CPLD轉速測量模塊進行測量，速度更快，且測量精確、穩定。2、采用具有八階低通濾波器、一級隔直電路、一級門檻數字可調的比較器、一級緩沖器和一級輸入阻抗數字可調電路的高可靠轉速傳感器信號調理模塊，能適應更多種類傳感器，包括工業現場使用最多的磁阻傳感器和電渦流傳感器；同時八階低通濾波器對高頻干擾的抑制能力很強，能將干擾濾得更徹底；比較器門檻可數字調節，使用更方便靈活；輸入阻抗數字可調，降低了對傳感器和測速齒輪的要求傳感器和測速齒輪配合不佳時，信號會出現畸變，適當的降低輸入阻抗可以有效的抑制畸變帶來的影響。3、CPLD轉速測量模塊采用三路測頻邏輯電路進行交錯并行測量，測量時間縮短至1/3 傳統的測量方式是每轉動360更新一個轉速，本測量方法為每轉動120°即更新一次轉速；且測量邏輯完全在一片CPLD內實現，保證了成本的低廉性；三路測量取自同一轉速傳感器信號調理模塊，不增加硬件成本；測量精度和測量時間上更容易平衡=CPLD資源如果充足，如需提高測量精度而不加長測量時間，可增加測量路數，如六路測量，每路測量 720° (二轉)后，更新轉速值。
圖1為本發明汽輪機轉速測量裝置結構示意圖。圖2為圖1中轉速傳感器信號調理模塊的電路示意圖。圖3為圖1中CPLD轉速測量模塊的測量方法示意圖。圖中，1-轉速信號，2-轉速傳感器信號調理模塊，3-CPLD轉速測量模塊隔離模塊， 4-控制模塊5-通訊接口，6-超速保護輸出模塊，7-其它設備，21-數字開關，22-可調電阻， 23-八階低通濾波器，24-隔直電路，25-比較器，26-緩沖器，27-數字電位器，28-脈沖信號。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明汽輪機轉速測量裝置及測量方法進行詳細說明。圖1所示本發明汽輪機轉速測量裝置，包括轉速傳感器調理模塊2、CPLD轉速測量模塊3、控制模塊4、超速保護輸出模塊6和通訊接口 5。轉速傳感器1輸出的轉速信號經轉速傳感器調理模塊2調理成標準的脈沖信號觀后，送至CPLD轉速測量模塊3測量，通過高速SPI通訊將測量數據傳送給控制模塊4，再根據超速保護輸出模塊6輸出動作信號，同時通過冗余的通訊接口 5將轉速值傳送給其他設備7使用。參見圖2，轉速傳感器信號調理模2包括數字開關21、可調電阻22、八階低通濾波器23、隔直電路24、比較器25和緩沖器26。轉速傳感器信號調理模塊2通過數字開關21 切入可調電阻22，改變模塊的輸入阻抗。數字開關21依次連接八階低通濾波器23、隔直電路24、比較器25和緩沖電路26，緩沖電路沈輸出脈沖信號28至CPLD轉速測量模塊3。參見圖3，CPLD轉速測量模塊3包括三路獨立的測頻邏輯電路，三路測量相位上錯開120°，每路完成360°測量后，更新轉速值。結合圖1、圖2和圖3，本發明汽輪機轉速測量方法為
(1)轉速傳感器輸出轉速信號1，輸入經轉速傳感器信號調理模2。轉速信號1經過一級八階低通濾波器23，濾除高頻干擾。然后通過隔直電路M，去除直流分量，再送入比較器 25，輸出脈沖信號。比較器25的比較門檻通過數字電位器27分壓設定。比較器25輸出的脈沖再經一級緩沖器沈進行信號整形形成上升下降沿陡峭的脈沖信號觀，輸出至CPLD轉速測量模塊3。(2)脈沖信號觀進入3路獨立的測頻邏輯電路，3路測量依次延遲120°啟動。每一路測量360°后置轉速測量完畢標志，計算出轉速，每隔120°即更新一次轉速，每次更新的轉速都測量了 360° (—周)。假定測速齒輪數為60個，則第2路測頻邏輯電路較1延遲20個齒輪啟動，第3路測頻邏輯電路較2延遲20個齒輪啟動。(3)控制模塊4根據超速保護輸出模塊6輸出動作信號，并通過冗余的通訊接口 5 將轉速值輸出至其它設備7使用。
權利要求
1.一種汽輪機轉速測量裝置，該裝置與轉速傳感器相連，其特征在于所述汽輪機轉速測量裝置包括轉速傳感器信號調理模塊、控制模塊、超速保護輸出模塊和通訊接口模塊； 所述汽輪機轉速測量裝置通過轉速傳感器信號調理模塊與轉速傳感器相連；所述轉速傳感器信號調理模塊與CPLD轉速測量模塊相連；所述CPLD轉速測量模塊與控制模塊通過SPI 通訊相連；所述控制模塊分別與超速保護輸出模塊和通訊接口相連。
2.根據權利要求1所述的汽輪機轉速測量裝置，其特征在于所述轉速傳感器信號調理模塊包括數字開關、可調電阻、八階低通濾波器、隔直電路、比較器和緩沖器；所述轉速傳感器信號調理模塊通過數字開關切入可調電阻；所述數字開關依次連接八階低通濾波器、 隔直電路、比較器和緩沖電路；所述轉速傳感器信號調理模塊通過緩沖電路與所述CPLD轉速測量模塊相連。
3.根據權利要求1或2所述的汽輪機轉速測量裝置，其特征在于所述CPLD轉速測量模塊包括多路獨立的測頻邏輯電路；所述測頻邏輯電路交錯并行測量、串行輸出。
4.根據權利要求3所述的汽輪機轉速測量裝置，其特征在于所述測頻邏輯電路為三路，三路測量相位上錯開120°，每路完成360°測量后，更新轉速值。
5.根據權利要求3所述的汽輪機轉速測量裝置，其特征在于所述測頻邏輯電路為六路，六路測量相位上錯開120°，每路完成720°測量后，更新轉速值。
6.一種應用權利要求1所述的汽輪機轉速測量裝置的測量方法，其特征在于包括以下步驟(1)所述轉速傳感器輸出轉速信號經轉速傳感器信號調理模塊調理成標準脈沖信號， 送至CPLD轉速測量模塊；(2)CPLD轉速測量模塊將測得的轉速數據經SPI通訊傳送給控制模塊；(3 )控制模塊根據超速保護輸出模塊輸出動作信號，并通過通訊接口將轉速值輸出。
7.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于所述步驟(1)中轉速信號調理模塊的調理過程為轉速信號經一級八階低通濾波器濾除高頻干擾，然后通過隔直電路去除直流分量，再送入比較器輸出脈沖信號，最后通過一級緩沖電路整形后輸出至CPLD。
8.根據權利要求7所述的測量方法，其特征在于所述比較器的比較門檻通過數字電位器分壓設定。
9.根據權利要求6或7所述的測量方法，其特征在于所述步驟(2)中CPLD轉速測量模塊的轉速測量過程為所述脈沖信號進入三路獨立的測頻邏輯電路，三路測頻邏輯電路依次延遲120°啟動，每路完成360°測量后，更新轉速值。
全文摘要
本發明公開了一種汽輪機轉速測量裝置及測量方法。該裝置包括轉速傳感器信號調理模塊、控制模塊、超速保護輸出模塊和通訊接口模塊；所述汽輪機轉速測量裝置通過轉速傳感器信號調理模塊與轉速傳感器相連；所述轉速傳感器信號調理模塊與CPLD轉速測量模塊相連；所述CPLD轉速測量模塊與控制模塊通過SPI通訊相連；所述控制模塊分別與超速保護輸出模塊和通訊接口相連。本發明汽輪機轉速測量方法測量速度快，且精確、穩定。
文檔編號G01P3/481GK102495225SQ20111041622
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者姚美常, 杭哲, 趙國海 申請人:南京科遠自動化集團股份有限公司