專利名稱：具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)，特別是涉及一種工業(yè)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、壓力、流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)控制器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，常用汽輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)一些大型的機(jī)械設(shè)備，如大型風(fēng)機(jī)、給水泵、壓縮機(jī)等功率比較大的設(shè)備?，F(xiàn)目前的多數(shù)工業(yè)汽輪機(jī)不具備通訊功能，無法實(shí)現(xiàn)控制器與外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，不利于遠(yuǎn)程控制和參數(shù)調(diào)節(jié)。同時(shí)，現(xiàn)有同類產(chǎn)品中，主要采用常規(guī)端子作為控制器與外圍設(shè)備之間的信號傳輸端口，現(xiàn)場操作較為麻煩；采用傳統(tǒng)光電隔離技術(shù)作為抗干擾的手段，其效果也不明顯。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有通訊功能，能實(shí)現(xiàn)控制器與外圍設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊和共享的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其包括主板、顯示板和機(jī)箱，其中主板和顯示板連接并安裝在機(jī)箱內(nèi)；所述主板包括電源模塊、CPU模塊及數(shù)據(jù)綜合處理模塊，數(shù)據(jù)綜合處理模塊與CPU模塊進(jìn)行信息交互，電源模塊為CPU模塊、數(shù)據(jù)綜合處理模塊提供電源；所述數(shù)據(jù)綜合處理模塊包括2通道轉(zhuǎn)速輸入回路、2通道模擬量輸入回路、2通道模擬量輸出回路、4通道開關(guān)量輸入回路、3通道開關(guān)量輸出回路、獨(dú)立的RS232通訊回路及RS485通訊回路，其中轉(zhuǎn)速輸入回路、開關(guān)量輸入回路分別將接收的信號輸入給CPU，開關(guān)量輸出回路將CPU提供的信號輸出，模擬量輸入、輸出回路可與CPU進(jìn)行信號交互，RS232通訊回路實(shí)現(xiàn)上位系統(tǒng)與CPU之間的信息交互，RS485通訊回路實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)與CPU之間的信息交互。所述顯示板包括數(shù)碼管、狀態(tài)指示燈、輕觸開關(guān)和控制芯片，控制芯片與CPU進(jìn)行信號交互并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管、狀態(tài)指示燈和輕觸開關(guān)。所述機(jī)箱包括面板、殼體和安裝耳，其中安裝耳固定在面板上，殼體固定在安裝耳上。所述電源模塊包括DC/DC轉(zhuǎn)換回路或AC/DC轉(zhuǎn)換回路，可使控制器支持24V直流電壓或220V交流電壓供電。所述CPU模塊采用ATmega系列RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)作為核心處理器。所述2通道轉(zhuǎn)速輸入回路、2通道模擬量輸入回路、2通道模擬量輸出回路、4通道開關(guān)量輸入回路、3通道開關(guān)量輸出回路、RS232通訊回路和RS485通訊回路對外信號的連接采用雙層可拔插端子。所述2通道模擬量輸入回路中設(shè)計(jì)有4階巴特沃思濾波回路。本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，包括主板、顯示板和機(jī)箱，其中主板包括電源模塊、CPU模塊及數(shù)據(jù)綜合處理模塊，通過上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)控制器與外圍設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊和共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力、流量等重要參數(shù)的智能化調(diào)節(jié)及控制，保證了工業(yè)汽輪機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，通過友善的人機(jī)界面可實(shí)時(shí)、在線設(shè)定、修改系統(tǒng)參數(shù)及完成設(shè)備的各項(xiàng)功能設(shè)置；機(jī)箱結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝和維護(hù)；多種可選的供電電源，使設(shè)備的適用性更強(qiáng)；采用雙層可拔插端子作為對外信號的連接，使現(xiàn)場接線操作更方便；介入巴特沃思濾波抗干擾技術(shù)，降低了設(shè)備對使用環(huán)境的要求。綜上所述，本實(shí)用新型公開的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、電路布局合理，實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)汽輪機(jī)的智能控制。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器中的顯示板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器的系統(tǒng)框圖；圖4是本實(shí)用新型中轉(zhuǎn)速輸入回路電路原理框圖；圖5是本實(shí)用新型中模擬量輸入回路電路原理框圖；圖6是本實(shí)用新型中巴特沃思濾波回路電路原理框圖；圖7是本實(shí)用新型中模擬量輸出回路電路原理框圖；圖8是本實(shí)用新型中開關(guān)量輸入回路電路原理框圖；圖9是本實(shí)用新型中開關(guān)量輸出回路電路原理框圖；


圖10是本實(shí)用新型中RS232通訊回路電路原理框圖；
圖11是本實(shí)用新型中RS485通訊回路電路原理框圖。其中，附圖標(biāo)記1為主板，2為顯示板，3為機(jī)箱，4為顯示板上的數(shù)碼管，5為顯示板上的狀態(tài)指示燈，6為顯示板上的輕觸開關(guān)，7為機(jī)箱的面板，8為機(jī)箱的殼體，9為機(jī)箱的安裝耳，10為顯示板上的控制芯片。
具體實(shí)施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。如圖I、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，包括主板I、顯示板2和機(jī)箱3，其中主板I和顯示板2連接并安裝在機(jī)箱3內(nèi)，顯示板2和主板I之間的信號連接采用專用插件完成。所述主板I包括電源模塊、CPU模塊及數(shù)據(jù)綜合處理模塊，數(shù)據(jù)綜合處理模塊與CPU模塊進(jìn)行信息交互，電源模塊為CPU模塊、數(shù)據(jù)綜合處理模塊提供電源。所述數(shù)據(jù)綜合處理模塊包括2通道轉(zhuǎn)速輸入回路、2通道模擬量輸入回路、2通道模擬量輸出回路、4通道開關(guān)量輸入回路、3通道開關(guān)量輸出回路、獨(dú)立的RS232通訊回路及RS485通訊回路，其中轉(zhuǎn)速輸入回路、開關(guān)量輸入回路分別將接收的信號輸入給CPU，開關(guān)量輸出回路將CPU模塊提供的信號輸出，模擬量輸入、輸出回路可與CPU模塊進(jìn)行信號交互，RS232通訊回路實(shí)現(xiàn)上位系統(tǒng)與CPU模塊之間的信息交互，RS485通訊回路實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)與CPU模塊之間的信息交互。上述各回路對外信號的連接采用雙層可拔插端子。模擬量輸入回路、模擬量輸出回路與CPU模塊之間的信號傳遞采用SPI總線。如圖I和圖2所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，顯示板2包括數(shù)碼管4、狀態(tài)指示燈5、輕觸開關(guān)6和控制芯片10，構(gòu)成友好的人機(jī)界面，其中控制芯片10與CPU模塊進(jìn)行信號交互并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管4、狀態(tài)指示燈5和輕觸開關(guān)6。機(jī)箱3包括面板7、殼體8和安裝耳9，其中安裝耳9固定在面板7上，殼體8固定在安裝耳9上，安裝耳9、面板7、殼體8之間的裝配可采用螺釘來連接，以方便拆裝。如圖3所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，電源模塊包括DC/DC轉(zhuǎn)換回路(接收24V直流電壓)或AC/DC轉(zhuǎn)換回路(接收220V交流電壓，且電源范圍
為80VAC 360VAC)，可使控制器支持24V直流電壓或220V交流電壓供電，根據(jù)用戶使用環(huán)境選擇其中一種電源作為設(shè)備的供電電源即可。CPU模塊采用ATmega系列RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)作為核心處理器，這種單片機(jī)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令，具備lMIPS/MHz的高速運(yùn)行處理能力，能實(shí)現(xiàn)高速處理數(shù)據(jù)的功能，并且工作電壓為2. 7 — 5. 5V，可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。CPU模塊上還連接有Watchdog回路，通過計(jì)時(shí)的方式來檢測單片機(jī)是否正常運(yùn)行。如圖3和圖4所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器中的轉(zhuǎn)速輸入回路接收2種信號，一種是來自轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的正弦波信號，另一種是由電路中恒流源產(chǎn)生的直流電流信號疊加在轉(zhuǎn)速傳感器上后產(chǎn)生的直流電壓信號，兩種信號通過雙層可拔插端子連接到轉(zhuǎn)速采集回路和直流分量檢測回路，轉(zhuǎn)速采集回路中隔直電容用于直流電壓信號的隔離，回路只接收正弦波信號進(jìn)行采集，并將該信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，輸入到CPU端口進(jìn)行計(jì)數(shù)；直流分量檢測回路主要用于判斷轉(zhuǎn)速傳感器是否故障，該回路只接收直流電壓信號，將信號濾波、放大處理后輸入到CPU端口。恒流源產(chǎn)生的信號經(jīng)光電隔離后也輸入到CPU，用于監(jiān)視產(chǎn)生的信號是否正常。如圖3、圖5和圖6所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器中的2通道模擬量輸入經(jīng)雙層可拔插端子送至4階巴特沃思濾波回路，該回路有非常好的幅頻響應(yīng)特性。即當(dāng)信號頻率在截止頻率范圍內(nèi)時(shí)其幅頻特性曲線非常平坦，當(dāng)信號頻率大于回路截止頻率時(shí)，幅頻響應(yīng)迅速下降，能快速、有效衰減干擾及其它無用信號。濾波取出的有用信號，經(jīng)高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)采用12位并行A/D轉(zhuǎn)換器，并使用專用的精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)器件為A/D轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)電壓，轉(zhuǎn)換后由SPI數(shù)據(jù)總線傳輸至CPU進(jìn)行運(yùn)算。如圖3和圖7所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器中CPU端口輸出的2通道信號，由SPI數(shù)據(jù)總線傳輸至D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號，其中D/A轉(zhuǎn)換器也是并行器件，能精確、快速的完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號由電壓/電流轉(zhuǎn)換回路將標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號，其中一路固定轉(zhuǎn)換成4 20mA電流信號,另一路可按根據(jù)用戶需求轉(zhuǎn)換成4 20mA電流信號或者0 160mA電流信號，用以控制大功率的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。[0035]如圖3和圖8所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器中的4通道開關(guān)量輸入回路接收控制機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的干接點(diǎn)信號，由雙層可拔插端子連接到光電隔離回路，經(jīng)隔離后送入CPU端口。如圖3和圖9所示，本實(shí)用新型具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器中CPU端口輸出的3通道開關(guān)量信號，經(jīng)隔離后，用于控制3個(gè)直流繼電器，由繼電器分別輸出3組常開信號和2組常閉信號，并由雙層可拔插端子輸出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。如圖3、
圖10和
圖11所示，上位系統(tǒng)的信號經(jīng)主板上的D型頭，送至232轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電平信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，用于帶動(dòng)光電隔離器，隔離后的數(shù)據(jù)直接與CPU端口連接，主板上的信號經(jīng)隔離后直接到232轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)D型頭傳輸?shù)缴衔幌到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上位系統(tǒng)與主板間的數(shù)據(jù)通訊。監(jiān)視系統(tǒng)上的信號經(jīng)主板上的雙層可拔插端子，送至485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后，用于帶動(dòng)光電隔離器，隔離后的數(shù)據(jù)直接與CPU端口連接，主板上的信號經(jīng)隔離后直接到485轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)可拔插端子傳輸?shù)奖O(jiān)視系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)與主板間的數(shù)據(jù)通訊。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，包括主板(I)、顯示板(2)和機(jī)箱(3)，主板(I)和顯示板(2)連接并安裝在機(jī)箱(3)內(nèi)，其特征在于所述主板(I)包括電源模塊、CPU模塊及數(shù)據(jù)綜合處理模塊，數(shù)據(jù)綜合處理模塊與CPU模塊進(jìn)行信息交互，電源模塊為CPU模塊、數(shù)據(jù)綜合處理模塊提供電源；所述數(shù)據(jù)綜合處理模塊包括2通道轉(zhuǎn)速輸入回路、2通道模擬量輸入回路、2通道模擬量輸出回路、4通道開關(guān)量輸入回路、3通道開關(guān)量輸出回路、獨(dú)立的RS232通訊回路及RS485通訊回路，其中轉(zhuǎn)速輸入回路、開關(guān)量輸入回路分別將接收的信號輸入給CPU模塊，開關(guān)量輸出回路將CPU模塊提供的信號輸出，模擬量輸入、輸出回路能與CPU模塊進(jìn)行信號交互，RS232通訊回路實(shí)現(xiàn)上位系統(tǒng)與CPU模塊之間的信息交互，RS485通訊回路實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)與CPU模塊之間的信息交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其特征在于所述顯示板(2)包括數(shù)碼管(4)、狀態(tài)指示燈(5)、輕觸開關(guān)(6)和控制芯片(10)，控制芯片(10)與CPU模塊進(jìn)行信號交互并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管(4)、狀態(tài)指示燈(5)和輕觸開關(guān)(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其特征在于所述機(jī)箱(3)包括面板(7)、殼體(8)和安裝耳(9)，其中安裝耳(9)固定在面板(7)上，殼體(8)固定在安裝耳(9)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其特征在于所述電源模塊包括DC/DC轉(zhuǎn)換回路或AC/DC轉(zhuǎn)換回路，可使控制器支持24V直流電壓或220V交流電壓供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其特征在于所述CPU模塊采用ATmega系列RISC結(jié)構(gòu)單片機(jī)作為核心處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其特征在于所述2通道轉(zhuǎn)速輸入回路、2通道模擬量輸入回路、2通道模擬量輸出回路、4通道開關(guān)量輸入回路、3通道開關(guān)量輸出回路、RS232通訊回路和RS485通訊回路對外信號的連接采用雙層可拔插端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，其特征在于所述2通道模擬量輸入回路中設(shè)計(jì)有4階巴特沃思濾波回路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有通訊功能的工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，該控制器包括主板、顯示板和機(jī)箱，其中主板和顯示板安裝在機(jī)箱內(nèi)，所述主板包括電源模塊、CPU模塊及數(shù)據(jù)綜合處理模塊，其中數(shù)據(jù)綜合處理模塊包括2通道轉(zhuǎn)速輸入回路、2通道模擬量輸入回路、2通道模擬量輸出回路、4通道開關(guān)量輸入回路、3通道開關(guān)量輸出回路、獨(dú)立的RS232通訊回路及RS485通訊回路，通過上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)控制器與外圍設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊和共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力、流量等重要參數(shù)的智能化調(diào)節(jié)及控制，保證了工業(yè)汽輪機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。本實(shí)用新型工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、電路布局合理，實(shí)現(xiàn)了對工業(yè)汽輪機(jī)的智能控制。
文檔編號F01D19/00GK202531248SQ20122012738
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者李 杰, 陸曉陽 申請人:德陽瑞能電力科技有限公司