專利名稱：小型汽輪機數字電液控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能源、化工行業(yè)汽輪機的調節(jié)控制設備。主要應用于汽輪機的轉速調節(jié)、輸出量控制，例如電功率(發(fā)電用汽輪機)，入/出 口風壓(鳳機汽輪機)，出口水流量(給水泵汽輪機)。
技術背景我國國內使用的小型汽輪機控制器，多為美國woodward公司產品，該產 品人機界面為全英文顯示，不符合國內操作人員的習慣，且價格貴，維護、 維修困難。目前，國內尚無同類產品。發(fā)明內容本實用新型的目的意在填補國內空白，提供一種功能齊全，適用性強的 小型汽輪機數字電液控制器。本實用新型的目的是通過下述技術解決方案實現包括硬件設備采用層 疊方式安裝在機箱內，邏輯功能通過軟件制作在程序內，即采用PC104標準 的、具有ISA總線及多個接口的CPU模塊為核心，配套于液晶屏及薄膜按鍵的 搡作界面、集成數據釆集模塊、電源模塊，液晶屏采用多個畫面以中文顯示 設備運行的所有參數，模擬量、轉速故障診斷、控制器溫度檢測、模擬量自 檢等外部信號經多路開關及可編程放大進入模數轉換器，模數轉換器將模擬 量信號轉換為數字信號，經光電隔離器隔離后送至CPLD內部的ISA總線，外部開關量信號接入接線端子板，在接線端子板上進行隔離，隔離后直接送至 FPGA內部的ISA總線。所述(^U模塊采用鉍ttfiiz嵌入式處理器，系統(tǒng)芯片釆用CS5530A，該芯片 組可直接連接C&T顯示晷或18位TFT-LCD顯示器。
所述CTO模塊具有專用的液晶顯示接口，直接與液晶屏連接實現畫面顯 示，還具有CRT接口RS485和RS232通訊口、 USB接口可與外部設備連接，CPU模 塊通過ISA總線與具有模擬董輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出、 轉速輸入、電源監(jiān)視及Watchdog功能的集成數據采集模塊交換數據。所述機箱是用螺釘面定在面板上，風扇濾網架用螺釘安裝在箱體上，風 扇直接安裝在風扇濾網架上，集成數據采集模塊通過臺柱安裝在支架上，電 源板、CPU模塊通過臺柱安裝在集成數據釆集模塊上，接線端子印制板通過接 線端子板安裝支架安裝在集成數據采集模塊上。所述系統(tǒng)程序在上電后先行參數初始化，然后允許運行調節(jié)程序，判斷 是否有參數修改及鍵盤搡作，進行相應處理后，再進行液晶屏顯示刷新，調 節(jié)程序是通過對輸入信號的采集分析來診斷是否有故障，對各種狀態(tài)的判斷 來選擇調節(jié)閥的控制方式，控制輸出最終反映到模擬量、開關量輸出通道， 最后進行畫面的數據更新。所述轉速輸入信號在內部進行故障診斷、信號緩沖后經光電隔離送至 FPGA進行轉速謝量。所述電源監(jiān)視功能主要由光電隔離器及電阻進行信號檢測，檢測后送至 FPGA進行信號采集。本實用新型具有如下優(yōu)點小而全，"小"主要體現在，體積小，適合 小汽輪機立盤安裝要求，功耗小，I/O點數少，以滿足汽輪機控制要求為原 則；"全"主要體現在控制功能齊全，可根據需要開放各種控制功能，可選 功能與大型汽輪機數字電液控制器相同，如TPC功能、CCS功能、快卸負荷功 能、遠方控制功能、自動同期功能、 一次調頻功能等；外部接口全，包括顯 示接口、串行通訊口、 USB接口、 1/0端口；自診斷功能全，完善的診斷功能保證控制器可靠運行；引導式搡作、彈出菜單、符合國人操作習慣；控制精度髙，滿足國內電網對一次調頻的要求，總之功能齊全，適用性強。附困壤明圖l是本實用鳙綴絢機箱外形困。圖2是機箱內錄結構困。圖3是本實用新型的系統(tǒng)原理圖。圖4是本實用新型的電源故陣診斷原理圖。圖5是本實用新型的主程序流程圖。圖6是本實用新型的調節(jié)程序流程圖。具體實掩方式參照圖l、圃2,機箱包括面板l、箱體2、風扇濾網架3、后蓋板4、接線 端子印制板5、風扇6、電源板7、 CPU模塊8、液晶屏9、安裝支架IO、集成數 據采集模塊ll、接線端子板安裝支架12、 RS232接口13。安裝以面板l為基 礎。箱體2及安裝支架10用螺釘固定在面板1上，風扇濾網架3采用螺釘安裝在 箱體2上，風扇6直接安裝在風扇濾網架3上，集成數據采集模塊ll通過臺柱安 裝在安裝支架10上，電源板7、 CPU模塊8通過臺柱安裝在集成數據釆集模塊11 上，接線端子印制板5通過接線端子板安裝支架12安裝在集成數據采集模塊11 上。液晶屏9釆用多個畫面、以中文方式顯示設備運行的所有參數操作畫 面，用于控制搡作、主要參數顯示、主要狀態(tài)指示；模擬量畫面，用于監(jiān)視各輸入/輸出模擬i信號值；開關i狀態(tài)監(jiān)視畫面，用于指示各個開入/開出通道狀態(tài)；運行曲線畫面，用于監(jiān)視過去80s內主要參數的運行曲線；報警畫面，用于監(jiān)枧各種報警狀態(tài)、停機狀態(tài)及停機首出原因；參數畫面及組態(tài)畫面，采用多個畫面監(jiān)視所有參數設定值及組態(tài)設定值。還可配置上位監(jiān)控計 算機，實現圖形化操作及長達一年的運行數據記錄。參照團3，本實用新型由CPU模塊、集成數據采集模塊、接線端子板、液 晶屏(如采用8.4〃液晶屏)、操作面板按鍵組成。CPU模塊具有專用的液晶顯 示屏接口，直接與液晶屏連接實現畫面顯示。CPU模塊具有CRT接口 、 RS48S通 訊口、 RS232通訊口、 USB通訊口可與外部設備連接。CPU模塊通過ISA總線與 集成數據釆集棋塊交換數據。集成數據采集模塊集成了模擬量輸入、模擬量 輸出、開關量輸入、開關量輸出、轉速輸入、電源監(jiān)視及Watchdog功能。外 部模擬量傕號、轉速故障診斷信號、控制器溫度檢測信號、模擬量自檢信號 經多路開關及可編程放大進入模數轉換器，模數轉換器將模擬量信號轉換為 數字信號，經光電隔離晷隔離后送至CPLD內部的ISA總線。模擬量輸出從CPLD
內部的ISA總線接收數字量信號，經光電隔離器隔離后送至數模轉換器，數模轉換器將數字量信號轉換為模擬i電壓信號，再經電壓/電流轉換輸出。外部開關量信號接入接線端子板后，在接線端子板進行隔離，隔離后直接送至FPGA內部的ISA總線。開關i輸出信號直接從CPLD內部的ISA總線送至接線端 子板，在接線端子板上經光電隔離后驅動輸出繼電器，繼電器接點以干接點 方式對外輸出。轉速輸入接口直接接收外部磁阻式轉速傳感器信號，該信號 分別送入轉速測量回路、轉速傳感器故障診斷回路，該信號在轉速測量回路 內部進行信號整形，將輸入的正弦波信號轉換為脈沖信號，該脈沖信號經光 電隔離后送至FPGA內部的轉速測董邏輯，經轉速測量邏輯轉換為轉速數值的 數字量信號送至ISA總線。轉速傳感器故障診斷回路對外接的轉速傳感器施加 恒定的直流電流，該電流在轉速傳感器上形成一定的直流電壓，該電壓與轉 速信號的交流電壓疊加，作為轉速輸入信號，轉速傳感器故障診斷回路對其 的直流分董、交流分量進行分離，分離后分別送至模擬量輸入回路，CPU模塊采集該模擬量信號判斷轉速傳感器是否故障。CPU模塊采用AMD公司300MHz嵌入式處理器，系統(tǒng)芯片組采用AND的 CS5530A,該芯片組直接連接CRT顯示器或18位TFT-LCD顯示器。該CPU模塊具 有一個EIDE接口、 一個FDD接口、 一個鼠標鍵盤接口、 一個LPT接口、 一個 RS232接口、 一個RS232/422/485接口、兩個USB接口。本實用新型的故陣診斷功能由硬件與軟件聯合實現。模擬量輸入/輸出故 障診斷采用系統(tǒng)硬件Loopback方式，由軟件控制模擬量輸出單元輸出一個 變化的模擬量信號，該信號通過集成數據采集模塊直接送至模擬量信號采集 回路，軟件對采集到的信號與輸出信號進行比較，如果兩個信號相等，認為 模擬量輸入/輸出正常，否則故障；開關i輸入故障診斷集成數據采集模塊 對其中一開關量輸入通道施加一個固定信號，軟件對該通道進行采集并判斷 信號是否正確，如果正確則認為開關量輸入正常，否則故障；電源診斷采 用光電隔裔器對每一路電源進行監(jiān)視，并送至開關量輸入通道，軟件檢測信 號為l時表示電源正常，否則故陣；轉速測i故障診斷集成數據釆集模塊對 外接的磁亂式轉速傳感器施加一恒定電流，同時軟件通過模擬量輸入回路對
轉速傳感器的信號進行檢測，通過判斷信號的交、直流分量來判斷測速回路 是否故障。本實用新型的所有邏輯功能由軟件實現，其中包括畫面顯示、按鍵操作、PID控制算法、輸入/輸出接口，還通過軟件實現了功能組態(tài)、輸入/輸出 組態(tài)。功能組態(tài)本實用新型可能用到的所有功能均通過軟件制作在程序 內，當需要使用時在功能組態(tài)參數內將該功能設置為使能，不需要時設置為 禁止；輸入/輸出組態(tài)本實用新型的所有模擬量輸入/輸出、開關量輸入/輸 出信號通過填表方式可任意選擇通道號，當一個通道故障后可在停機狀態(tài)將 該信號設置到未使用的通道，實現通道備用。故障診斷功能、輸入/輸出組態(tài) 功能能方便設備故障后的維修，減少故障恢復時間。功能組態(tài)使用戶可根據 自身的需要選擇功能。參照國4，主要由光電隔離器及電阻組成電源故障診斷回路。24VA電源經電阻限流后驅動光電隔離器，光電隔離器的輸出信號由數字輸入回來進行采 集。24VA電源正常對，光電隔離器導通，輸出為低電平，判斷電源正常； 24VA電源故障時，光電騰離器關斷，輸出為高電平，判斷電源故障(前提條 件5VD電源為數字采集電源，必須正常)。對多個電壓等級的電源進行診斷 時需用多個數字量輸入回路。參照躕5，系統(tǒng)上電后先進行參數初始化，然后允許運行調節(jié)程序，(調 節(jié)程序定時循環(huán)運行)，判斷是否有參數修改及鍵盤操作，如果有，則進行 參數修改及鍵盤處理，然后進行液晶屏顯示刷新，否則，直接進行液晶屏顯 示刷新。參照圃6，調節(jié)程序是通過轉速信號、模擬量輸入信號、開關量輸入信號 的采集來診斷是否故障；如果有，則進行故障報警，然后進行鍵盤掃描及按 鍵處理，否則，直接進行鍵盤掃描及按鍵處理；處理完成后對危及設備安全 系統(tǒng)性故障進行辨斷，如果有，則停機處理、停機控制輸出、畫面數據更 新，否則邇過對靜態(tài)實驗、自動控制、負荷控制等的判斷來選擇調節(jié)閥的控 制方式，控制輸出最終反映到模擬量、開關量輸出通道，最后進行畫面的數 據更新。
權利要求1. 一種小型汽輪機數字電液控制器，包括硬件設備釆用層疊方式安裝在機箱內，邏輯功能通過軟件制作在程序內，其特征在于采用PC104標準的、 具有ISA總線及多個接口的CPU模塊為核心，配套于液晶屏及薄膜按鍵的操作 界面、集成數據釆集模塊、電源模塊，液晶屏釆用多個畫面以中文顯示設備 運行的所有參數，模擬量、轉速故障診斷、控制器溫度檢測、模擬量自檢等 外部信號經多路開關及可編程放大進入模數轉換器，模數轉換器將模擬量信 號轉換為數字信號，經光電隔離器隔離后送至CPLD內部的ISA總線，外部開關 量信號接入接線端子板，在接線端子板上進行隔離，隔離后直接送至FPGA內 部的ISA總線。
2. 如權利要求1所述的小型汽輪機數字電液控制器，其特征在于CPU模 塊采用300MHz嵌入式處理器，系統(tǒng)芯片采用CS5530A,該芯片組可直接連接 CRT顯示器或18位TFT-LCD顯示器。
3. 如權利要求1所述的小型汽輪機數字電液控制器，其特征在于CPU模 塊具有專用的液晶顯示接口，直接與液晶屏連接實現畫面顯示，還具有CRT接 口、 RS485和RS232通訊口、 USB通訊口可與外部設備連接，CPU模塊通過ISA總線與具有模擬量輸入、模擬重輸出、開關量輸入、開關量輸出、轉速輸入、 電源監(jiān)視及跟蹤功能的集成數據采集模塊交換數據。
4. 如權利要求1所述的小型汽輪機數字電液控制器，其特征在于機箱是 用螺釘固定在面板上，風扇濾網架用螺釘安裝在箱體上，風扇直接安裝在風 扇濾網架上，集成數據釆集模塊通過臺柱安裝在支架上，電源板、CPU模塊通 過臺柱安裝在集成數據釆集模塊上，接線端子印制板通過接線端子板安裝支 架安裝在集成數據釆集模塊上。
專利摘要本實用新型提供了一種應用于汽輪機轉速調節(jié)、輸出量控制的小型汽輪機數字電液控制器。它的硬件設備采用層疊方式安裝在機箱內，邏輯功能通過軟件制作在程序內，即采用PC104標準的、具有ISA總線及多個接口的CPU模塊為核心，配套于液晶屏及薄膜按鍵的操作界面、集成數據采集模塊、電源模塊及冷卻風扇，液晶屏采用多個畫面以中文顯示設備運行的所有參數，CPU模塊采用300MHz嵌入式處理器，系統(tǒng)芯片采用CS5530A，該芯片組可直接連接CRT顯示器或18位TFT-LCD顯示器。本實用新型具有功能齊全，適用性強等優(yōu)點?？捎糜诎l(fā)電汽輪機、風機汽輪機、給水泵汽輪機的控制。
文檔編號G05B19/04GK201037905SQ200720079459
公開日2008年3月19日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權日2007年4月30日
發(fā)明者彭明榮, 曾令顯, 杰 李, 陸曉陽 申請人:德陽瑞能電力科技有限公司