一种非接触式汽轮机速度检测系统的制作方法

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种非接触式汽轮机速度检测系统。

背景技术：

火力发电是我国和世界上许多国家生产电能的主要手段，约占我国电力总发电量的70。以上，并且此种现状将在相当长的时间内难以改变)。。作为火力发电厂三大主要设备之一的汽轮机，将来自锅炉的蒸汽热能经过一系列喷嘴和动叶转化为汽轮机旋转的机械能，同时带动与其同轴的发电机组发电)。汽轮机的转速在启停过程中是时刻变化的，必须要对其进行在线监视与控制。在火力发电厂中，汽轮机转子转速是一个及其重要的运行参数，如何精确地检测其转速一直是现代科学(工业领域中的一个难题)。

当前，我国经济发展对电力能源的需求与日剧增，电力系统规模不断扩大，在建火电厂不断增加，国家对安全生产和设备保护要求也越来越高。因此汽轮机转速检测技术已经是保障汽轮机组安全运行和避免发生灾难性事故的一道强有力的安全屏障。为此国家电力公司提出了二十五项反措措施，其中有一条即为对具有小轴连接的汽轮机组必须设置两处独立的测速装置，目的在于避免小轴连接部分因超速断裂而引起机组毁机事故。汽轮机发生事故时造成的后果，是现有电厂十大严重事故和发电厂安全生产潜在的危害。种种严重的汽轮机毁机事故使得研究新型(实时检测汽轮机转速运行参数的装置刻不容缓)。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前发电厂汽轮机速度检测需额外安装测速装置的问题，设计了一种非接触式汽轮机速度检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

非接触式汽轮机速度检测系统由信号采集、主机分析、信号传输、显示、系统电源等5模块构成。利用msp430f149对光纤漫反射传感器采集的现场汽轮机速度信号进行处理，依次完成汽轮机速度信号现场显示、d/a转换和v/i转换$并将转换后的信号4～20ma远动传输至dcs集散控制系统，从而实现汽轮机速度的实时监测。

所述的汽轮机速度信号采集模块采用德州仪器msp430f149超低功耗单片机作为主控制器，该传感器因最小检测障碍物仅为0.1mm，并采用npn集电极开路输出模式且灵敏度高达500μs等优点，被广泛应用于工业测速领域内。

所述的汽轮机速度信号传输模块采用使用工业级v/i转换芯片，由微处理器和运算放大电路配合完成汽轮机速度信号4～20ma远距离传输至现场dcs系统。

所述的汽轮机速度信号传输模块采用德州仪器串行输入12位高精度d/a转换tlv5618芯片、lm324运算放大器和工业用两线制xtr110v/i转换器tlv5618的串行数据输入端din、数字串行时钟输入端sclk和器件选通端cs分别与msp430f149微处理器p3.0、p3.1和p3.2端口相连接。

所述的tlv5618参考电源输入端ref由lm4040c20芯片提供2.048v精密参考电压。

所述的xtr110是一种精密的v/i转换芯片，输入电压为0～10v，输出电流为标准4～20ma。xtr110能够达到最大0.005%的非线性误差，可用于任意需要远距离传输信号的地方。

本发明的有益效果是：

非接触式汽轮机速度检测系统不仅无需额外安装测速装置，而且便于现场安装(更换(检测和调试。系统采用德州仪器超低功耗的单片机msp430f149进行数据处理，不仅能够节能，而且在实际应用中能够达到0.13%～0.28%的测速精度。非接触式汽轮机测速一方面为巡检人员提供可靠数据，方便工作人员在汽轮机超速时及时采取响应的措施，避免了不必要的汽轮机事故的发生。另一方面将所测汽轮机信号远动传输至dcs系统，方便调度室人员的了解汽轮机组的运行情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统总体设计方案。

图2是变m/t测速算法。

图3是汽轮机速度信号采集电路。

图4是汽轮机速度信号传输电路。

图5是软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，如图2所示，目前在各种传动领域内转速是对传动系统进行闭环反馈控制极其重要的监测参数，这就对大多数测速系统监测的准确性(实时性有了更进一步的要求。常用的数字式的测速算法主要有m法（频率法）、t法(周期法)和m/t法(频率周期法)。m法测速在低速测量时精度较差，t法测速在高速测量时精度较差，而m/t法综合了m法和t法的优点，测速范围较宽，但测速装置的制造精度对其影响较大。变m/t法是为解决m/t测速算法存在检测时间较长，检测误差较大而提出的，该算法无论在低速或者高速，性能都优于上述3种算法。所谓变m/t算法，是指测速过程中，检测到的传感器脉冲数m1和基准高频时钟脉冲数m2均随传动系统转速变化而变化，同时脉冲测量时间tg也随传动系统转速而变化的，tg的大小等于基准高频时钟脉冲数m2各个脉冲周期之和)。tg的大小由设定好基准时钟脉冲m2记取，即tg=m2/f0，则汽轮机的速度为n=60*m1*f0/z/m2，在检测时间tg内，m1始终是个整数，而m2可能存在±1的误差，故其相对误差为1/m2，由该式可以看出检测误差与m2成反比例关系。

如图3所示，目前工业现场测速装置大部分采用价格低廉、实用性较强的单片机作为信号采集处理器。本系统采用德州仪器msp430f149超低功耗单片机作为主控制器，汽轮机速度信采集模块如图3所示。该传感器因最小检测障碍物仅为0.1mm，并采用npn集电极开路输出模式且灵敏度高达500μs等优点，被广泛应用于工业测速领域内。图中ffr-610光纤探头作为ff-12光纤放大器产生漫反射信号的传输载体，系统主要以汽轮机机体12处轴钉作为信号取样点，当ffr-610光纤探头遇到旋转的汽轮机轴钉时会由ff-12光纤放大器产生12v漫反射脉冲信号，经tlp521光电隔离芯片转换为3.3v脉冲至msp430f149主控制器p1.0端口进行信号处理。tlp521使传感器输入信号与主控制器之间无直接电的联系，提高了输入信号的噪声容限和增强了系统抗干扰能力。

如图4所示，实际工业生产过程中因4～20ma电流对环境噪声抗干扰能力强，同时能够满足高精度、远距离传输信号的需求，本系统采用使用工业级v/i转换芯片，由微处理器和运算放大电路配合完成汽轮机速度信号4～20ma远距离传输至现场dcs系统。汽轮机速度信号传输部分如图4所示。图中采用德州仪器串行输入12位高精度d/a转换tlv5618芯片、lm324运算放大器和工业用两线制xtr110v/i转换器tlv5618的串行数据输入端din、数字串行时钟输入端sclk和器件选通端cs分别与msp430f149微处理器p3.0、p3.1和p3.2端口相连接。tlv5618参考电源输入端ref由lm4040c20芯片提供2.048v精密参考电压。xtr110是一种精密的v/i转换芯片，输入电压为0～10v，输出电流为标准4～20ma。xtr110能够达到最大0.005%的非线性误差，可用于任意需要远距离传输信号的地方。由于设计中4～20mav/i转换部分需要输入0～10v信号，故需将主机分析模块还原的汽轮机速度信号经tlvv5618d/a转换为0～3.3v电压信号，再通过lm324运算放大电路放大为0～10v电压信号输入至xtr110转换电路后完成4～20ma汽轮机速度信号远距离传输至dcs系统。

如图5所示，根据系统软件功能分析后，可以把软件分为主控模块(信号检测处理模块(显示模块(信号传输模块，各模块联合工完成对汽轮机速度的检测和信号传输。其中主控模块对系统进行初始化，信号检测处理模块对所测数据进行分析转换，显示模块汽轮机的转速和信号传输的电流，信号传输模块将检测到的速度传输至dcs集散控制系统。信号检测部分利用汽轮机组轴上一圈12个轴钉作为速度信号检测点，检测方法首先为系统初始化后检测测速传感器第一个上升沿脉冲信号后开启微处理器基准时钟脉冲序列。然后判断传感器脉冲信号是否与基准时钟脉冲信号上升沿重合，若无则系统处于等待状态，直到产生重合，最后读取中断计数值m1和基准脉冲计数值m2后进行速度数据转换，汽轮机速度大小数据转换的算法为(z=12，f0=4200):工断开或连接电缆，因此测试速度快，同时数据的可重复性好，测试精度高。配合相关的自动化软件和装订好的系统参数，可以程序化的完成全部测试项目，大大提高了测试效率，具有较高的自动化水平。