专利名称：汽轮机组油动机数字化伺服系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于油动机技术领域，涉及一种数字化伺服系统，尤其涉及一种汽轮 机组油动机数字化伺服系统。
背景技术：
现有汽轮机组油动机伺服卡件仍以单独式的模拟量控制为主。用于油动机阀门开 合调整的伺服阀由一块伺服卡件单独控制，如果伺服卡件出现故障，则将导致油动机无法 正常工作，进而影响到汽轮机组的正常运转。伺服卡件电路中存在需要调整的参数，例如用于油动机 程检测传感器LVDT信 号处理的振荡、解调电路的调零/调满、DEH设定输入I/U电路的调零/调满、阀位输出指 示U/I电路的调零/调满、PI回路的增益和积分时间常数的选择等。这些需要调整或者选 择的参数当前一般采用精密可调电位器人工调整的方式实现参数的调整，操作不方便也不 易记录保存。同时，现有伺服卡件电路中需要检测的信号，例如LVDT输出反馈电压信号、LVDT 次级绕组电压信号、DEH设定电压信号等只能采取用万用表测量的方式获取，而且一些对判 断伺服卡件电路工作状态的信息也无法获取或者显示。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种汽轮机组油动机数字化伺服系统， 通过采用双卡冗余控制方式保证对汽轮机组油动机的可靠控制。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案—种汽轮机组油动机数字化伺服系统，所述伺服系统包括油动机的伺服阀、至少 两个阀门位置反馈传感器，所述伺服阀包括至少两个控制线圈；所述伺服系统进一步包括 上位机、至少两个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件连接；各数字化伺服卡件 的输出分别与伺服阀的控制线圈连接，各阀门位置反馈传感器将反馈的位置信号发送至各 数字化伺服卡件。作为本实用新型的一种优选方案，所述数字化伺服卡件包括单片微处理器、I/U模 块、LVDT处理模块、LVDT类型选择模块、PI调节模块、电源模块、U/I模块、断线检测模块、 输出清零模块；单片微处理器分别与I/U模块、LVDT处理模块、LVDT类型选择模块、PI调节 模块、电源模块、U/I模块、断线检测模块、输出清零模块连接。作为本实用新型的一种优选方案，单片微处理器为具有16位地址总线的具有片 上系统SOC功能的高速混合信号处理单片机，内部包括Flash存储器以及数据存储器，分别 负责储存系统程序以及程序运行数据；单片微处理器包含USB通信通道，并通过该通道与 上位机进行数据交互，将数字化伺服卡件的状态信息上传给上位机用于显示、记录和保存， 同时，下载上位机设定的用于数字化伺服卡件的各种参数；单片微处理器包含SPI串行通 信总线，并通过该总线从上位机下载得到的设定参数对数字化伺服卡件上的数字电位器进行参数设置；单片微处理器包含AD采样通道实现对DEH设定信号、I/U模块的输入信号、 LVDT处理模块的测量信号的检测；单片微处理器包含设定电子开关输出通道，并通过该通 道实现PI调节的比例倍数和积分常数选择操作，还用以实现各种类型LVDT选择的操作；单 片微处理器包含断线检测输入通道并通过该通道实现对数字化伺服卡件多处回路断线状 态的监测。作为本实用新型的一种优选方案，单片微处理器用以实现油动机阀门位置检测 LVDT信号、DEH设定输入信号、阀门位置指示输出信号的采集，以及供上位机显示使用的数 据通信传递；并实现油动机阀门位置检测用LVDT信号匹配电路参数的自动调整；单片微处 理器用以实现油动机阀门位置检测用LVDT信号采集通道、DEH设定输入信号通道和阀位控 制信号输出通道的断线检测和报警；所述PI调节模块用以实现油动机阀门伺服控制电路 P+I工作模式选择、PI增益和积分时间参数选择设定；所述I/U模块作为实现带隔离和自动 切换功能的输入电源电路；所述U/I模块作为实现带隔离的DEH电流设定电路以及油动机 阀门位置的指示输出电路；所述伺服系统还包括USB通信通道，用以实现符合USB2. 0标准 的数据通信。作为本实用新型的一种优选方案，所述LVDT类型选择模块根据配备使用的LVDT 类型通过电子开关实现交流、直流电压和直流电流型三种类型LVDT器件的选择，相应的反 馈信号的断线检测也由电子开关来选择。作为本实用新型的一种优选方案，所述数字化伺服卡件进一步包括数字电位器， 单片微处理器及数字电位器用以实现油动机阀门位置检测用LVDT信号匹配电路参数的数 字化自动调整；所述单片微处理器及数字电位器用以实现DEH设定输入信号的零度、满度 数字调整，实现油动机阀门位置检测LVDT信号的零度、满度调整，实现阀门位置指示输出 信号的零度、满度调整。作为本实用新型的一种优选方案，所述PI调节模块根据I/U模块中DEH设定模拟 电流信号及LVDT处理模块输出的油动机阀门位置反馈电压信号，经过比例积分放大和扩 流处理形成输出电流用于驱动控制汽轮机组油动机阀门的伺服阀线圈，实现油动机阀门的 伺服控制。作为本实用新型的一种优选方案，所述伺服系统包括两个数字化伺服卡件；所述 断线检测模块用于实现输出通道的断线检测，检测对象包括交流型LVDT初级线圈回路、交 流型LVDT两组次级线圈回路、U/I模块中DEH设定电压输入通道、PI调节模块中阀门控制 伺服阀输出信号通道、直流电流型LVDT反馈信号通道和直流电压型LVDT反馈信号通道。一种汽轮机组油动机数字化伺服系统，所述伺服系统包括油动机的伺服阀、两个 阀门位置反馈传感器，所述伺服阀包括两个控制线圈；所述伺服系统进一步包括上位机、两 个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件连接；两个数字化伺服卡件的输出分别与 伺服阀的两个控制线圈连接，两个阀门位置反馈传感器分别将反馈的位置信号发送至两个 数字化伺服卡件。本发明采用两个伺服卡件同时对汽轮机组油动机的伺服阀执行控制，实现冗余控 制；实现采用数字电位器代替普通电位器，设计以单片微处理器为核心的数字电位器阻值 设定电路；采用AD698为核心，设计交流型、直流电压型和直流电流型油动机阀门位置检测 LVDT信号处理电路；设计实现油动机阀门位置检测用LVDT类型选择的电路；采用单片微处理器机实现油动机阀门位置检测LVDT信号，DEH设定输入信号，阀门位置指示输出信号的采集以及供上位机显示使用的数据通信传递功能；采用单片微处理器机实现油动机阀门位 置检测用LVDT信号匹配电路参数的自动调整功能；实现油动机阀门位置检测用LVDT信号 采集通道、DEH设定输入信号通道和阀位控制信号输出通道的断线检测和报警功能；设计 实现DEH设定输入信号的零度，满度数字调整功能；设计实现油动机阀门位置检测LVDT信 号的零度，满度调整功能；设计实现阀门位置指示输出信号的零度，满度调整功能；设计实 现油动机阀门伺服控制电路P+I工作模式选择、PI增益和积分时间参数选择设定功能；设 计实现带隔离和自动切换功能的输入电源电路；设计实现带隔离的DEH电流设定电路以及 油动机阀门位置指示输出电路；设计实现符合USB2. O标准的数据通信电路。本实用新型的有益效果在于本实用新型提出的汽轮机组油动机数字化伺服系 统，设计了一种以单片微处理器为核心的汽轮机组油动机冗余控制数字化伺服系统，并配 合以上位机软件进行参数的调整、设置和选择来实现对汽轮机组油动机伺服阀的精确控 制。本实用新型的优点主要在于一、采用双卡冗余控制方式保证对汽轮机组油动机 的可靠控制；二、消除人为手动操作带来的误差；三、实现对汽轮机组油动机的数字化自动调整。此外，本实用新型通过上位机和下位机数据通信将功能参数的调整、数据管理和 状态显示集成于一体，
图1为本实用新型中的数字化伺服卡件冗余控制回路的组成示意图；图2为本实用新型中的数字化伺服卡件结构示意图；图3为本实用新型中的数字化伺服卡件原理框图；图4为本实用新型中的AD698功能示意图；图5为本实用新型中的电流型LVDT I/U单元功能示意图；图6为本实用新型中的电子选择开关功能示意图；图7为本实用新型中的DEH设定I/U单元功能示意图；图8为本实用新型中的数字电位器AD5290功能示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。实施例一本发明采用两个伺服卡件同时对汽轮机组油动机的伺服阀执行控制，设计实现冗 余控制，保证了汽轮机组油动机数字化伺服卡件控制的可靠性；采用数字电位器技术实现 电路配置参数的数字化调整，保证了汽轮机组油动机数字化伺服卡件参数调整的精准性和 设备的适用性；采用单片微处理器实现LVDT零度及满度参数的自动调整，保证了汽轮机组 油动机数字化伺服卡件的易用性；采用多种类LVDT接口电路配置，保证了汽轮机组油动机 数字化伺服卡件使用的灵活性；采用USB2. 0通信协议实现上位PC机与汽轮机组油动机数 字化伺服卡件之间的数据交互，保证了卡件电路参数配置、调整、状态监测的便利性；采用具有SOC功能的改进的单片机作为微处理器，它比传统的51单片机性能提高了 10倍、并且内部包含了 AD、内部电源、USB接口电路等多种功能，极大的减少了外部电路模块。请参阅图1至图8，本实用新型揭示了一种汽轮机组油动机数字化伺服系统，所述 伺服系统包括油动机的伺服阀、两个阀门位置反馈传感器，所述伺服阀包括两个控制线圈； 所述伺服系统进一步包括上位机、两个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件连接； 两个数字化伺服卡件的输出分别与伺服阀的两个控制线圈连接，两个阀门位置反馈传感器 分别将反馈的位置信号发送至两个数字化伺服卡件。如图2、图3所示，所述数字化伺服卡件包括单片微处理器、I/U模块、LVDT处理模 块、LVDT类型选择模块、PI调节模块、电源模块、U/I模块、断线检测模块、输出清零模块；单 片微处理器分别与I/U模块、LVDT处理模块、LVDT类型选择模块、PI调节模块、电源模块、 U/I模块、断线检测模块、输出清零模块连接。单片微处理器为具有16位地址总线的具有片上系统SOC功能的高速混合信号处 理单片机，内部包括Flash存储器以及数据存储器，分别负责储存系统程序以及程序运行 数据；单片微处理器包含USB通信通道，并通过该通道与上位机进行数据交互，将数字化伺 服卡件的状态信息上传给上位机用于显示、记录和保存，同时，下载上位机设定的用于数字 化伺服卡件的各种参数；单片微处理器包含SPI串行通信总线，并通过该总线从上位机下 载得到的设定参数对数字化伺服卡件上的数字电位器进行参数设置；单片微处理器包含 AD采样通道实现对DEH设定信号、I/U模块的输入信号、LVDT处理模块的测量信号的检测； 单片微处理器包含设定电子开关输出通道，并通过该通道实现PI调节的比例倍数和积分 常数选择操作，还用以实现各种类型LVDT选择的操作；单片微处理器包含断线检测输入通 道并通过该通道实现对数字化伺服卡件多处回路断线状态的监测。单片微处理器用以实现油动机阀门位置检测LVDT信号、DEH设定输入信号、阀门 位置指示输出信号的采集，以及供上位机显示使用的数据通信传递；并实现油动机阀门位 置检测用LVDT信号匹配电路参数的自动调整；单片微处理器同时用以实现油动机阀门位 置检测用LVDT信号采集通道、DEH设定输入信号通道和阀位控制信号输出通道的断线检测 和报警。所述LVDT类型选择模块根据配备使用的LVDT类型通过电子开关实现交流、直流 电压和直流电流型三种类型LVDT器件的选择，相应的反馈信号的断线检测也由电子开关 来选择。所述数字化伺服卡件进一步包括数字电位器，用以实现电路配置参数的数字化调 整。本实施例中，数字电位器与单片微处理器配合使用，用以实现油动机阀门位置检测用 LVDT信号匹配电路参数的数字化自动调整。具体地，所述单片微处理器及数字电位器用以 实现DEH设定输入信号的零度、满度数字调整，实现油动机阀门位置检测LVDT信号的零度、 满度调整，实现阀门位置指示输出信号的零度、满度调整。所述PI调节模块用以实现油动机阀门伺服控制电路P+I工作模式选择、PI增益和 积分时间参数选择设定。所述PI调节模块根据Ι/υ模块中DEH设定模拟电流信号及LVDT 处理模块输出的油动机阀门位置反馈电压信号，经过比例积分放大和扩流处理形成输出电 流用于驱动控制汽轮机组油动机阀门的伺服阀线圈，实现油动机阀门的伺服控制。所述I/ U模块作为实现带隔离和自动切换功能的输入电源电路；所述U/I模块作为实现带隔离的DEH电流设定电路以及油动机阀门位置的指示输出电路；所述伺服系统还包括USB通信通道，用以实现符合USB2. O标准的数据通信。所述伺服系统包括两个数字化伺服卡件；所述断线检测模块用于实现输出通道的 断线检测，检测对象包括交流型LVDT初级线圈回路、交流型LVDT两组次级线圈回路、U/I 模块中DEH设定电压输入通道、PI调节模块中阀门控制伺服阀输出信号通道、直流电流型 LVDT反馈信号通道和直流电压型LVDT反馈信号通道。综上所述，本实用新型提出的汽轮机组油动机数字化伺服系统，设计了一种以单 片微处理器为核心的汽轮机组油动机冗余控制数字化伺服系统，并配合以上位机软件进行 参数的调整、设置和选择来实现对汽轮机组油动机伺服阀的精确控制。本实用新型的优点主要在于一、采用双卡冗余控制方式保证对汽轮机组油动机 的可靠控制；二、消除人为手动操作带来的误差；三、实现对汽轮机组油动机的数字化自动 调整。此外，本实用新型通过上位机和下位机数据通信将功能参数的调整、数据管理和 状态显示集成于一体，实施例二本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，数字化伺服系统包括至少两个数 字化伺服卡件。本实施例揭示的汽轮机组油动机数字化伺服系统包括油动机的伺服阀、至少两个 阀门位置反馈传感器，所述伺服阀包括至少两个控制线圈；所述伺服系统进一步包括上位 机、至少两个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件连接；各数字化伺服卡件的输 出分别与伺服阀的控制线圈连接，各阀门位置反馈传感器将反馈的位置信号发送至各数字 化伺服卡件。实施例三请参阅图1，本实施例中，数字化伺服系统包括上位PC计算机、USB通信通道、汽 轮机组油动机用第一数字化伺服卡件和第二数字化伺服卡件、油动机用伺服阀及其包含的 第一控制线圈和第二控制线圈、油动机LVDTl和LVDT2。其中，上位PC计算机通过USB通信通道与两块实现冗余控制的汽轮机组油动机用 第一数字化伺服卡件和第二数字化伺服卡件相连，实现上位PC计算机与两块数字化伺服 卡件之间的数据交互；第一数字化伺服卡件和第二数字化伺服卡件的输出分别与汽轮机组 油动机阀门控制的伺服阀上的两组控制线圈(第一控制线圈和第二控制线圈)相连，同时， 油动机LVDTl和LVDT2的反馈位置信号分别与第一数字化伺服卡件和第二数字化伺服卡件 上的LVDT反馈模块相连，这样就构成了以两块数字化伺服卡件为核心的双路伺服阀控制 反馈回路，实现了汽轮机组油动机双卡冗余控制。这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上 述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人 员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱 离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例， 以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这 里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求一种汽轮机组油动机数字化伺服系统，其特征在于所述伺服系统包括油动机的伺服阀、至少两个阀门位置反馈传感器LVDT，所述伺服阀包括至少两个控制线圈；所述伺服系统进一步包括上位机、至少两个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件连接；各数字化伺服卡件的输出分别与伺服阀的控制线圈连接，各阀门位置反馈传感器将反馈的位置信号发送至各数字化伺服卡件。
2.根据权利要求1所述的数字化伺服系统，其特征在于所述数字化伺服卡件包括单片微处理器、I/U模块、LVDT处理模块、LVDT类型选择模 块、PI调节模块、电源模块、U/I模块、断线检测模块、输出清零模块；单片微处理器分别与I/U模块、LVDT处理模块、LVDT类型选择模块、PI调节模块、电源 模块、U/I模块、断线检测模块、输出清零模块连接。
3.根据权利要求2所述的数字化伺服系统，其特征在于单片微处理器为具有16位地址总线的具有片上系统SOC功能的高速混合信号处理单 片机，内部包括Flash存储器以及数据存储器，分别负责储存系统程序以及程序运行数据； 单片微处理器包含USB通信通道，并通过该通道与上位机进行数据交互，将数字化伺 服卡件的状态信息上传给上位机用于显示、记录和保存，同时，下载上位机设定的用于数字 化伺服卡件的各种参数；单片微处理器包含SPI串行通信总线，并通过该总线从上位机下载得到的设定参数对 数字化伺服卡件上的数字电位器进行参数设置；单片微处理器包含AD采样通道实现对DEH设定信号、I/U模块的输入信号、LVDT处理 模块的测量信号的检测；单片微处理器包含设定电子开关输出通道，并通过该通道实现PI调节的比例倍数和 积分常数选择操作，还用以实现各种类型LVDT选择的操作；单片微处理器包含断线检测输入通道并通过该通道实现对数字化伺服卡件多处回路 断线状态的监测。
4.根据权利要求2所述的数字化伺服系统，其特征在于单片微处理器用以实现油动机阀门位置检测LVDT信号、DEH设定输入信号、阀门位置 指示输出信号的采集，以及供上位机显示使用的数据通信传递；并实现油动机阀门位置检 测用LVDT信号匹配电路参数的自动调整；单片微处理器用以实现油动机阀门位置检测用LVDT信号采集通道、DEH设定输入信号 通道和阀位控制信号输出通道的断线检测和报警；所述PI调节模块用以实现油动机阀门伺服控制电路P+I工作模式选择、PI增益和积 分时间参数选择设定；所述I/U模块作为实现带隔离和自动切换功能的输入电源电路；所述U/I模块作为实现带隔离的DEH电流设定电路以及油动机阀门位置的指示输出电路；所述伺服系统还包括USB通信通道，用以实现符合USB2. 0标准的数据通信。
5.根据权利要求2所述的数字化伺服系统，其特征在于所述LVDT类型选择模块根据配备使用的LVDT类型通过电子开关实现交流、直流电压 和直流电流型三种类型LVDT器件的选择，相应的反馈信号的断线检测也由电子开关来选 择。
6.根据权利要求2所述的数字化伺服系统，其特征在于所述数字化伺服卡件进一步包括数字电位器，单片微处理器及数字电位器用以实现油 动机阀门位置检测用LVDT信号匹配电路参数的数字化自动调整；所述单片微处理器及数字电位器用以实现DEH设定输入信号的零度、满度数字调整， 实现油动机阀门位置检测LVDT信号的零度、满度调整，实现阀门位置指示输出信号的零 度、满度调整。
7.根据权利要求2所述的数字化伺服系统，其特征在于所述PI调节模块根据Ι/υ模块中DEH设定模拟电流信号及LVDT处理模块输出的油动 机阀门位置反馈电压信号，经过比例积分放大和扩流处理形成输出电流用于驱动控制汽轮 机组油动机阀门的伺服阀线圈，实现油动机阀门的伺服控制。
8.根据权利要求2所述的数字化伺服系统，其特征在于所述伺服系统包括两个数字化伺服卡件；所述断线检测模块用于实现输出通道的断线检测，检测对象包括交流型LVDT初级线 圈回路、交流型LVDT两组次级线圈回路、U/I模块中DEH设定电压输入通道、PI调节模块中 阀门控制伺服阀输出信号通道、直流电流型LVDT反馈信号通道和直流电压型LVDT反馈信 号通道。
9.一种汽轮机组油动机数字化伺服系统，其特征在于所述伺服系统包括油动机的伺服阀、两个阀门位置反馈传感器，所述伺服阀包括两个 控制线圈；所述伺服系统进一步包括上位机、两个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件 连接；两个数字化伺服卡件的输出分别与伺服阀的两个控制线圈连接，两个阀门位置反馈传 感器分别将反馈的位置信号发送至两个数字化伺服卡件。
专利摘要本实用新型揭示了一种汽轮机组油动机数字化伺服系统，所述伺服系统包括油动机的伺服阀、两个阀门位置反馈传感器，所述伺服阀包括两个控制线圈；所述伺服系统进一步包括上位机、两个数字化伺服卡件；上位机与各数字化伺服卡件连接；两个数字化伺服卡件的输出分别与伺服阀的两个控制线圈连接，两个阀门位置反馈传感器分别将反馈的位置信号发送至两个数字化伺服卡件。本实用新型采用双卡冗余控制方式保证对汽轮机组油动机的可靠控制；同时可消除人为手动操作带来的误差，实现对汽轮机组油动机的数字化自动调整。
文档编号F01D17/26GK201574786SQ20092021347
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者王正明, 罗磊, 蒋影 申请人:上海电气电站设备有限公司