一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，由位置變送器和主令控制器組成，其中位置變送器安裝在水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器處，用于產(chǎn)生導(dǎo)葉接力器位置信號，位置變送器與主令控制器相連接，主令控制器接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；其中主令控制器主要由主控單片機(jī)、鍵盤及顯示單片機(jī)、交直流雙重電源回路、模擬量輸入回路、模擬量輸出回路、通訊接口、繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路、鍵盤處理電路、數(shù)碼管及LED顯示回路組成；本實(shí)用新型通過主輔雙單片機(jī)協(xié)同工作，即主單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采樣，存儲，處理，輸出動作結(jié)果；輔助單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示、LED燈指示、鍵盤輸入等，完成參數(shù)設(shè)置、顯示切換、信息查詢等協(xié)同工作。
【專利說明】-種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，屬于水 利發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 水輪機(jī)是水力發(fā)電廠的重要設(shè)備，承擔(dān)著將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的重要任務(wù)，而導(dǎo) 葉開度的大小則直接關(guān)系到水輪機(jī)輸出功率，是判斷機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、發(fā)電、過負(fù)荷等狀態(tài) 的重要參量，而主令控制器主要用于反映水輪機(jī)導(dǎo)葉開度大小，如導(dǎo)葉是否全關(guān)、是否在空 載開度、是否超過開度限制等，是電站監(jiān)控系統(tǒng)判斷水輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)和故障的重要參量。
[0003] 目前，大量使用的是帶機(jī)械反饋、旋轉(zhuǎn)凸輪、位置開關(guān)組成的主令控制器，需要在 導(dǎo)葉接力器處安裝復(fù)雜的機(jī)械杠桿(或鋼絲繩）式反饋機(jī)構(gòu)，反饋機(jī)構(gòu)驅(qū)動凸輪旋轉(zhuǎn)，在凸 輪不同位置安裝觸碰式開關(guān)，開關(guān)位置反映導(dǎo)葉開度位置。該裝置主要缺點(diǎn)是：反饋杠桿或 鋼絲繩安裝比較困難，其次是行程死區(qū)大造成控制精度低、調(diào)整困難；另外凸輪觸碰接點(diǎn)接 觸不良故障率高，影響電站控制流程的判斷和正常實(shí)施；且當(dāng)反饋機(jī)構(gòu)較長時，容易產(chǎn)生信 號的延時和滯后。
[0004] 而采用可編程控制器PLC來組成采集、控制和繼電器輸出部分，采用通用觸摸屏 (或文本顯示器）來顯示和設(shè)置參數(shù)，這種方案體積較大，組屏不便，且成本較高，由于采用 其他廠商的通用產(chǎn)品，受其產(chǎn)品變化、停產(chǎn)限制，不易形成標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，對產(chǎn)品的維護(hù)和使 用帶來不便。
[0005] 隨著電站自動化水平及計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的提高，要求控制精度高、方便調(diào)整、免維 護(hù)的主令控制設(shè)備，以滿足電站"無人值班、少人值守"的更高要求。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 為了克服現(xiàn)有主令控制器現(xiàn)場安裝復(fù)雜，控制精度低、調(diào)整困難，維護(hù)不方便、故 障率較高等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種采用單片微機(jī)和電氣變送器元件構(gòu)成新型的電子 式導(dǎo)葉主令控制器，取代目前水電站帶導(dǎo)葉機(jī)械反饋的凸輪式接點(diǎn)開關(guān)，提高水電站自動 化元件整體水平，滿足當(dāng)前水電站"無人值班、少人值守"的要求，保障機(jī)組安全。
[0007] 本實(shí)用新型是采用以下技術(shù)方案完成的：
[0008] -種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，由位置變送器和主令控 制器組成，所述位置變送器安裝在水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器處，用于產(chǎn)生導(dǎo)葉接力器位置信號，所 述位置變送器與主令控制器相連接，所述主令控制器接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；所述主令控制 器主要由主控單片機(jī)、鍵盤及顯示單片機(jī)、交直流雙重電源回路、模擬量輸入回路、模擬量 輸出回路、通訊接口、繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路、鍵盤處理電路、數(shù)碼管及LED顯示回路組 成；所述主控單片機(jī)分別與鍵盤及顯示單片機(jī)，繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路，模擬量輸入回 路，模擬量輸出回路和通訊接口相連接，進(jìn)行相互通訊；所述鍵盤及顯示單片機(jī)分別與鍵盤 處理電路和數(shù)碼管及LED顯示回路相連接，進(jìn)行相互通訊；所述位置變送器與主令控制器 內(nèi)的模擬量輸入回路相連接；所述交直流雙重電源回路與交流和直流兩路電源相連接。
[0009] 前述的位置變送器可采用拉線式位置變送器或者磁致伸縮式位置變送器。
[0010] 前述的通訊接口采用RS232或者RS485串行異步接口，用于與外部智能設(shè)備進(jìn)行 通訊。
[0011] 前述的模擬量輸入回路有兩路通道，所述兩路通道均由依次相連的電流電壓變 換電路，輸入電壓反向電路，電壓增益調(diào)整電路，二階有源濾波電路，二級管鉗位保護(hù)電路 組成，所述兩路通道的輸出端與AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX186相連接，所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 MAX186接入主控單片機(jī)。
[0012] 前述的主控單片機(jī)設(shè)有DA數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620,所述模擬量輸出回路與DA數(shù)模 轉(zhuǎn)換芯片TLC5620相連接，所述模擬量輸出回路有兩路通道，所述兩路通道均由相互連接 的電壓電流轉(zhuǎn)換電路和電流調(diào)整電路組成。
[0013] 前述的主控單片機(jī)設(shè)有78E58B芯片，繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路與78E58B芯片的 10 口相連接，所述繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路有10路導(dǎo)葉位置繼電器通道和1路報(bào)警繼電器 通道，所述10路導(dǎo)葉位置繼電器通道均由相互連接的光電耦合器和輸出繼電器組成，所述 繼電器的輸出端均接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
[0014] 前述的鍵盤處理電路包括設(shè)置按鍵，切換按鍵，增加鍵，減少鍵和確認(rèn)鍵5種按鍵 輸入電路。
[0015] 通過采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果為：采用單片微機(jī)和電氣變送器 元件構(gòu)成新型的電子式導(dǎo)葉主令控制器，只需在水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器處安裝位置變送器，所 開發(fā)的主令控制器可以安裝在監(jiān)控盤柜上，不需要引入杠桿或鋼絲繩等復(fù)雜的機(jī)械反饋， 電纜接線也可以節(jié)省很多，這樣就大大簡化了水輪機(jī)主令控制器的布置和結(jié)構(gòu)；另外電氣 主令控制器采用電氣反饋、測量和輸出，設(shè)置參數(shù)采用鍵盤輸入，固化存儲，克服了原有主 令控制器行程死區(qū)大造成控制精度低、位置接點(diǎn)調(diào)整困難，動作接點(diǎn)接觸不良等缺點(diǎn)，具有 動作精度高、安裝調(diào)整方便、接點(diǎn)動作可靠、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可極大提高水電站自動化元件 水平，滿足當(dāng)前電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型的電子式導(dǎo)葉主令控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的主令控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3為本實(shí)用新型模擬量輸入回路圖；
[0019] 圖4為本實(shí)用新型模擬量輸出回路圖；
[0020] 圖5為本實(shí)用新型繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路圖；
[0021] 圖6為本實(shí)用新型主控單片機(jī)工作流程圖；
[0022] 圖7為本實(shí)用新型鍵盤及顯示單片機(jī)工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024] 如圖1所示，本實(shí)用新型由位置變送器和主令控制器組成，其中位置變送器安裝 在水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器處，用于產(chǎn)生導(dǎo)葉接力器位置信號，位置變送器可采用拉線式或磁致 伸縮式位置變送器，變送器量程與接力器行程相適應(yīng)，一般選用4-20mA輸出；位置變送器 與主令控制器相連接，主令控制器接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
[0025] 如圖2所示，主令控制器主要由主控單片機(jī)、鍵盤及顯示單片機(jī)、交直流雙重電源 回路、模擬量輸入回路、模擬量輸出回路、通訊接口、繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路、鍵盤處理電 路、數(shù)碼管及LED顯示回路組成；其中主控單片機(jī)分別與鍵盤及顯示單片機(jī)，繼電器接點(diǎn)開 關(guān)輸出回路，模擬量輸入回路，模擬量輸出回路和通訊接口相連接，進(jìn)行相互通訊；鍵盤及 顯示單片機(jī)分別與鍵盤處理電路和數(shù)碼管及LED顯示回路相連接，進(jìn)行相互通訊；位置變 送器與主令控制器內(nèi)的模擬量輸入回路相連接；交直流雙重電源回路與交流和直流兩路電 源相連接。其中通訊接口采用RS232或者RS485串行異步接口，用于與外部智能設(shè)備進(jìn)行 通訊；交直流雙重電源回路有AC220V和DC220V雙路供電輸入，消耗電流：0. 5A。
[0026] 本實(shí)用新型的主要工作過程為：水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器處的位置變送器，其輸出信號 反映導(dǎo)葉開度大小，信號接到主令控制器的模擬量輸入回路，經(jīng)過電壓電流變換、濾波處 理、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入主控單片機(jī)，主控單片機(jī)將對導(dǎo)葉數(shù)字信號進(jìn)行分析、換算和處 理，得到實(shí)際導(dǎo)葉開度值，通過鍵盤及顯示單片機(jī)處理，依靠外部鍵盤和數(shù)碼管及LED顯示 回路進(jìn)行顯示，并將導(dǎo)葉位置信號換算成相應(yīng)的繼電器組動作(或復(fù)歸）值，上報(bào)監(jiān)控系統(tǒng)， 從而完成導(dǎo)葉主令控制器的基本功能。
[0027] 如圖3所示，本實(shí)用新型的模擬量輸入電路有兩路通道，兩路通道均由依次相連 的電流電壓變換電路，輸入電壓反向電路，電壓增益調(diào)整電路由，二階有源濾波電路，二級 管鉗位保護(hù)電路組成，具體的，通道1的電流電壓變換電路通過電阻R37實(shí)現(xiàn)，輸入電壓反 向電路由運(yùn)放U18-A，電阻R23和電阻R21組成，電壓增益調(diào)整電路由電位器W1，電阻R25 和運(yùn)放U18-B組成，同時，運(yùn)放U18-A和電容C5,運(yùn)放U18-B和電容C6構(gòu)成二階有源濾波電 路，二級管鉗位保護(hù)電路由二極管D1和二極管D2組成；通道2的電流電壓變換電路通過電 阻R38實(shí)現(xiàn)，輸入電壓反向電路由運(yùn)放U19-A，電阻R31和電阻R29組成，電壓增益調(diào)整電 路由電位器W2,電阻R33和運(yùn)放U19-B組成，同時，運(yùn)放U19-A和電容C7,運(yùn)放U19-B和電 容C8構(gòu)成二階有源濾波電路，二級管鉗位保護(hù)電路由二極管D3和二極管D4組成；模擬量 輸入電路主要用于4~20mA電流或(T10V電壓信號輸入，電流輸入時，需要短接聯(lián)片JP1或 JP2,模擬信號經(jīng)過處理后，進(jìn)入12位AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ΜΑΧ186 (U22)進(jìn)行采集，再送人與 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ΜΑΧ186相連接的主控單片機(jī)。
[0028] 如圖4所示，主控單片機(jī)設(shè)有DA數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620,模擬量輸出回路與DA數(shù) 模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620相連接，DA數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620 (U21)將單片機(jī)輸出的導(dǎo)葉開度數(shù) 字信息轉(zhuǎn)換成兩路模擬電壓量，兩路通道均由電壓電流轉(zhuǎn)換電路和電流調(diào)整電路組成，其 中，通道1的電壓電流轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)放U20-A和三極管Τ1組成，將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信 號，再通過電位器W3調(diào)整不同負(fù)載情況下的電流輸出；通道2的電壓電流轉(zhuǎn)換電路由運(yùn)放 U20-B和三極管Τ2組成，將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，再通過電位器W4調(diào)整不同負(fù)載情況 下的電流輸出。
[0029] 如圖5所示，主控單片機(jī)設(shè)有78Ε58Β芯片，繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路與78Ε58Β 芯片的10 口相連接，繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路有10路導(dǎo)葉位置繼電器通道和1路報(bào)警繼 電器通道，10路導(dǎo)葉位置繼電器通道均由光電耦合器和輸出繼電器組成，繼電器的輸出端 接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。主控單片機(jī)78Ε58Β (U1)芯片的10 口（Ρ0、Ρ1)直接產(chǎn)生數(shù)字信號 (RELAYURELAY2…….RELAY10,圖5中只表示了繼電器1到5,其余相同)，控制光電耦合器 U7, U8…..U16的通斷，從而控制輸出繼電器1到輸出繼電器10的動作和復(fù)歸。主控單片 機(jī)再將導(dǎo)葉位置信號換算成相應(yīng)的繼電器組動作(或復(fù)歸）值或者報(bào)警信號，上報(bào)給監(jiān)控系 統(tǒng)，從而完成導(dǎo)葉主令控制器的基本功能。
[0030] 如圖6所示，本實(shí)用新型的導(dǎo)葉主令控制器上電后，主控單片機(jī)首先進(jìn)行單片機(jī) 內(nèi)部寄存器、時鐘、10 口的初始化，以及判斷內(nèi)部存儲的設(shè)置參數(shù)是否合理，若沒問題，則進(jìn) 行導(dǎo)葉開度模擬量數(shù)模轉(zhuǎn)換、采樣、數(shù)據(jù)濾波、換算、合理有效范圍判斷，若數(shù)據(jù)處理正常， 則進(jìn)行測量值與設(shè)置值比較，驅(qū)動導(dǎo)葉位置繼電器和指示燈動作或復(fù)歸；若數(shù)據(jù)異常，則驅(qū) 動報(bào)警繼電器動作和指示。
[0031] 如圖7所示，本實(shí)用新型的導(dǎo)葉主令控制器上電后，鍵盤及顯示單片機(jī)首先進(jìn)行 單片機(jī)內(nèi)部寄存器、時鐘、10 口的初始化，以及內(nèi)部存儲的設(shè)置參數(shù)是否合理，然后檢查與 主控單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，若正常則顯示初始化默認(rèn)信息（導(dǎo)葉開度)，接著檢查是否有 設(shè)置鍵按下，有則進(jìn)入設(shè)置流程，通過增加、減少、確認(rèn)鍵來輸入?yún)?shù)并存儲，接著檢查是否 有切換鍵按下，有則顯示信息在行程、AD采樣值、百分值之間切換，若與主控單片機(jī)通訊異 常，則顯示通訊故障并報(bào)警。
[0032] 本實(shí)用新型通過主輔雙單片機(jī)協(xié)同工作，即主單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采樣，存儲，處理， 輸出動作結(jié)果；輔助單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示、LED燈指示、鍵盤輸入等，兩單片機(jī)之間通過 串口通訊來交換數(shù)據(jù)，完成參數(shù)設(shè)置、顯示切換、信息查詢等協(xié)同工作。
[0033] 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上 的限制，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，其特征在于，由位置變送 器和主令控制器組成，所述位置變送器安裝在水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器處，用于產(chǎn)生導(dǎo)葉接力器 位置信號，所述位置變送器與主令控制器相連接，所述主令控制器接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；所 述主令控制器主要由主控單片機(jī)、鍵盤及顯示單片機(jī)、交直流雙重電源回路、模擬量輸入回 路、模擬量輸出回路、通訊接口、繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路、鍵盤處理電路、數(shù)碼管及LED顯 示回路組成；所述主控單片機(jī)分別與鍵盤及顯示單片機(jī)，繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路，模擬量 輸入回路，模擬量輸出回路和通訊接口相連接，進(jìn)行相互通訊；所述鍵盤及顯示單片機(jī)分別 與鍵盤處理電路和數(shù)碼管及LED顯示回路相連接，進(jìn)行相互通訊；所述位置變送器與主令 控制器內(nèi)的模擬量輸入回路相連接；所述交直流雙重電源回路與交流和直流兩路電源相連 接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，其 特征在于，所述位置變送器可采用拉線式位置變送器或者磁致伸縮式位置變送器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，其 特征在于，所述通訊接口采用RS232或者RS485串行異步接口，用于與外部智能設(shè)備進(jìn)行通 訊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器， 其特征在于，所述模擬量輸入回路有兩路通道，所述兩路通道均由依次相連的電流電壓變 換電路，輸入電壓反向電路，電壓增益調(diào)整電路，二階有源濾波電路，二級管鉗位保護(hù)電路 組成，所述兩路通道的輸出端與AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX186相連接，所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 MAX186接入主控單片機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，其 特征在于，所述主控單片機(jī)設(shè)有DA數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620,所述模擬量輸出回路與DA數(shù)模 轉(zhuǎn)換芯片TLC5620相連接，所述模擬量輸出回路有兩路通道，所述兩路通道均由相互連接 的電壓電流轉(zhuǎn)換電路和電流調(diào)整電路組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，其 特征在于，所述主控單片機(jī)設(shè)有78E58B芯片，繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路與78E58B芯片的10 口相連接，所述繼電器接點(diǎn)開關(guān)輸出回路有10路導(dǎo)葉位置繼電器通道和1路報(bào)警繼電器通 道，所述10路導(dǎo)葉位置繼電器通道均由相互連接的光電耦合器和輸出繼電器組成，所述繼 電器的輸出端均接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單片微機(jī)和電氣反饋的電子式導(dǎo)葉主令控制器，其 特征在于，所述鍵盤處理電路包括設(shè)置按鍵，切換按鍵，增加鍵，減少鍵和確認(rèn)鍵5種按鍵 輸入電路。
【文檔編號】F03B15/00GK203847320SQ201320690330
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】蔡衛(wèi)江, 趙雪飛, 馮啟文, 余紀(jì)偉, 謝傳萍, 陳曉勇, 徐松, 劉健, 徐進(jìn), 孫永賓, 童颙 申請人:南京南瑞集團(tuán)公司, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司