专利名称：便携式大型发电机温升试验用监测分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式大型发电机温升试验用监测分析仪
背景技术：
随着电力工业的快速发展，系统的容量不断增加，其安全稳定运行越来越重要。长期的运行经验表明，系统运行的安全与否与其运行状态密切相关，发电机是电力系统中的主要设备，其是否能稳定运行则成为电力系统稳定运行的关键。发电机在运行时，由于各种损耗的存在，将使发电机的定子绕组、转子绕组及铁芯发热而导致发电机温度升高。如果各部温度超过了绝缘材料的允许工作温度，就会使绝缘老化加快，从而大大缩短发电机的使用寿命。发电机的温升试验，就是为了了解发电机在额定状态下运行时，发电机的额定负荷能力和过载能力；绘制发电机在允许的电压变动范围内，及不同冷却介质温度时的极限工作能力曲线，从而为发电机在非正常情况下的运行提供依据；研究发电机各部分温度与最高发热点温度的关系，为评价和改进发电机结构及通风冷却系统提供依据。了解发电机在 带负荷运行时，各部分温度的可能变化情况，从而能将其控制在限额以内，保证发电机的安全可靠运行。通常情况下，温升试验过程中需要很多种测量仪器，测试过程复杂，为简化试验过程中调试仪器所需的时间和精力，我们开发了便携式大型发电机温升试验用监测分析仪，监测分析仪体积小便于携带，可以监测测量温升试验中的所需的所有电量、非电量，并能够进行测量后的温升修正及分析。

发明内容
本发明提供了一种通过对大型发电机三相定子电压、三相定子电流、转速、转子电压、转子电流、定子绕组及关键点温度等信号的实时高速采集、计算与分析的便携式大型发电机温升试验用监测分析仪。本发明是通过以下技术方案实现的一种便携式大型发电机温升试验用监测分析仪，机箱内部分隔为左部和右部，机箱左部的机箱前后面板上由左至右安装外部传感器接线端子I，以太网外部接口，机箱左部的机箱后面板上安装外部传感器接线端子II，机箱内左部安装以虚拟仪器实时技术为核心，由实时控制器、板卡插槽机箱、模拟量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输入模块、计数器模块组成的控制器系统，机箱中的可重新配置的现场可编程门阵列FPGA直接和模块相连，进行数据采集、计算和控制操作，实时控制器的电源输入端口与线性电源的输出端子相连，实时控制器上的以太网口 II与机箱上的以太网接口相连，进行系统扩展或者外接笔记本电脑，实时控制器上的以太网口 I (与机箱右部前面板上安装的触摸式工业平板电脑通过以太网总线相连并进行通讯，实现系统数据采集的控制和传输，机箱内部所有引线的屏蔽层与机箱接地端子相连，机箱内右部后背板上安装外部供电电源插座和电源开关，外部供电电源插座与线性电源相连，为整个系统供电。本发明构成中采用的可编程控制器系统以内置可重新配置的现场可编程门阵列FPGA及虚拟仪器实时技术为核心，由一个实时控制器、内置可重新配置的现场可编程门阵列(FPGA)芯片的坚固机箱和模拟量输入模块、计数器模块插入板卡插槽机箱中组合而成。实时控制器包含一个工业级处理器，能够可靠而准确地执行LabVIEW实时应用程序，并可提供多速率控制、进程执行跟踪、板载数据存储以及与外部设备通讯等功能，内嵌可重新配置的现场可编程门阵列FPGA的可重配置机箱是嵌入式系统体系结构的核心，机箱中的可重新配置的现场可编程门阵列FPGA直接和每个模块相连，可高速访问I/O电路并灵活实现定时、触发和同步等功能。因为每个模块直连FPGA，而非通过总线，所以与其他工业控制器相比，本系统几乎没有控制系统的响应延迟。默认情况下，该FPGA自动与I/O模块通信，并提供确定性I/O给实时处理器，由于逻辑被编译到了物理硬件设计上。这样物理硬件就变成了一个非常可靠的硬件芯片，在FPGA上运行的LabVIEWFPGA代码是非常可靠的。将实时处理器与可编程的FPGA结合，这样就可以创建一个能够利用各个计算平台优势的系统。实时处理器擅长浮点计算、分析以及外部通信，FPGA擅长处理需要超高速逻辑运算和精确计 时的小型任务。这种结构很适合需要进行大量参数监测测量的发电机温升试验。本可编程控制器系统为高性能测控应用及高可靠性需求而设计的坚固型嵌入式控制器封装小巧坚固，能够有效降低噪声影响，支持的工作温度范围宽，抗干扰能力强，因此适合各种恶劣工业环境，由此构成的便携式大型发电机温升试验监测分析仪，可实现实时高速采集、计算、分析，良好的抗干扰性，小巧的结构，使其适合各种工业环境且适于便携式使用，因此可在任何工业环境中进行发电机温升试验。本发明中采用触摸式工业平板电脑通过以太网总线控制可编程控制器系统，实现对大型发电机三相定子电压、三相定子电流、转速、转子电压、转子电流、定子绕组及关键点温度等信号的实时高速采集、计算与分析，发现温升存在问题，可以验证发电机的设计特性，从而在运行中预防发电机温升过高，了解发电机在带负荷运行时，各部分温度的可能变化情况，从而能将其控制在限额以内，减缓绝缘老化，提高发电机使用寿命，为保证发电机安全稳定运行提供有力的试验参考数据。本发明采用的可编程控制器系统NI CRIO 9024以虚拟仪器实时技术为核心，由一个实时控制器、内置可重新配置的现场可编程门阵列(FPGA)芯片的坚固机箱和嵌入式模拟量输入模块、计数器模块插入配有可重置的可编程门阵列的FPGA的插槽中组合而成。默认情况下，该FPGA自动与I/O模块通信，并提供确定性I/O给实时处理器，由于逻辑被编译到了物理硬件设计上。这样物理硬件就变成了一个非常可靠的硬件芯片，在FPGA上运行的LabVIEW FPGA代码是非常可靠的。将实时处理器与可编程的FPGA结合，这样就可以创建一个能够利用各个计算平台优势的系统。实时处理器擅长浮点计算、分析以及外部通信，FPGA擅长处理需要超高速逻辑运算和精确计时的小型任务。这种结构很适合需要进行大量参数监测测量的发电机温升试验。可编程控制器系统为高性能测控应用及高可靠性需求而设计的坚固型嵌入式控制器封装小巧坚固，能够有效降低噪声影响，支持的工作温度范围宽，抗干扰能力强，因此适合各种恶劣工业环境，由此构成的便携式大型发电机温升试验用监测分析仪，可实现实时高速采集、计算、分析，良好的抗干扰性，小巧的结构，使其适合各种工业环境且适于便携式使用，因此可在任何工业环境中进行发电机的温升试验。本发明构成中采用触摸式工业平板电脑通过以太网总线控制可编程控制器系统，实现对大型发电机三相定子电压、三相定子电流、转速、转子电压、转子电流、定子绕组及关键点温度等信号的实时高速采集、计算与分析，发现温升存在问题，可以验证发电机的设计特性，从而在运行中预防发电机温升过高，了解发电机在带负荷运行时，各部分温度的可能变化情况，从而能将其控制在限额以内，减缓绝缘老化，提高发电机使用寿命，为保证发电机安全稳定运行提供有力的试验参考数据。本发明采用坚固的可重置和精确定时的嵌入式结构，结构紧凑，能够有效降低噪声影响，支持的工作温度范围宽，抗干扰能力强，因此适合各种恶劣工业环境，由此构成的便携式发电机温升试验监测分析仪，可实现实时高速采集、计算、分析，使其适合在各种工业环境中进行发电机温升试验。实现了国内外众多电站、试验场所所用的大量仪器进行监测测量的功能，相比较而言，良好的抗干扰性，小巧的结构，使其方便携带可在任何恶劣工业环境中使用，尤其适用于大型发电机的试验中。


图I是本发明结构示意2是本发明电路连接原理图
具体实施方式
如图I所示的一种便携式大型发电机温升试验用监测分析仪，机箱16内部分隔为两部分左部和右部，机箱左部的机箱前后面板上由左至右安装外部传感器接线端子
I10、外部传感器接线端子II 23，以太网外部接口 11，机箱16内左部安装以LabVIEW虚拟仪器技术实时技术为核心，具有可重配置的可编程门阵列FPGA的高性能嵌入式高速数据采集和记录分析的可编程控制器系统。可编程控制器系统包括实时控制器5，板卡插槽机箱18,模拟量输入模块6、模拟量输入模块7、模拟量输入模块8、模拟量输入模块9、模拟量输入模块19、模拟量输入模块20、模拟量输入模块21、计数器模块22。实时控制器5，实时控制器型号NI CRIO 9024，采用这种实时控制器构建的系统循环周期抖动在微妙级，因此系统确定性、可靠性高，板卡插槽机箱18，板卡插槽机箱型号NI 9114的八个插槽中依次安装模拟量输入模块6,模拟量输入模块型号NI9225 ;模拟量输入模块7,模拟量输入模块型号NI9227 ;模拟量输入模块8，模拟量输入模块型号NI9225 ;模拟量输入模块9，模拟量输入模块型号NI9227 ;模拟量输入模块，模拟量输入模块型号NI9217 ;模拟量输入模块21，模拟量输入模块型号NI9221 ;计数器模块22，计数器模块型号NI9423，模块上端子通过外部传感器接线端子I 10、外部传感器接线端子II 23与外接传感器相连，内部与可编程门阵列FPGA直接互连，可进行高速的数据采集、计算和控制操作，实时控制器5的电源输入端口 13与线性电源I的输出端子2相连，实时控制器5上的以太网口 II 14与机箱上的以太网接口 11相连用于系统的扩展或外接笔记本电脑，实时控制器5上的以太网口 I 15与机箱右部前面板上安装的触摸式工业平板电脑12，触摸式工业平板电脑型号；NI TPC2212的以太网口相连，通过以太网总线相连并进行通讯，实现系统数据采集的控制和传输。机箱内部所有接线的屏蔽端与机箱接地端子17相连。机箱内右部后背板上安装外部供电电源插座4和电源开关3，外部供电电源插座4与线性电源I相连，为整个系统供电。本发明将朝阳线性电源I固定在机箱16内部右部底板上，外部电源接线端4，朝阳线性电源I和外部电源接线端4通过引线相连由外部电源为整个系统供电；通过电源引线将朝阳线性电源输出端2分别连接到实时控制器5，供电的电源输入端13和触摸式工业平板电脑12电源接口，实时控制器5与板卡插槽机箱18组合连接，并安装固定在机箱左部底板上，采用这种结构的可编程控制器系统可实现数据的高速实时采集与分析，可编程控制器系统的插槽中依次安装模拟量输入模块6，模拟量输入模块7，模拟量输入模块8，模拟量输入模块9，模拟量输入模块19、模拟量输入模块20，模拟量输入模块21，计数器模块22，模块上端子通过外部传感器接线端子I 10、外部传感器接线端子II 23与外接传感器相连，内部与可编程门阵列FPGA直接互连，可进行高速的数据采集、计算和控制操作，实时控制器5的电源输入端口 13与线性电源I的输出端子2相连。实时控制器5上的以太网口II 14与机箱上的以太网接口 11相连。实时控制器5上的以太网口 I 15与机箱右部前面板上安装的触摸式工业平板电脑12通过以太网总线相连并进行通讯，实现系统数据采集的控制和传输。机箱内部所有接线的屏蔽端与机箱接地端子 17相连。机箱内右部后背板上安装外部供电电源插座4和电源开关3，外部供电电源插座4与线性电源I相连，为整个系统供电。可编程控制器系统通过对大型发电机三相定子电压、三相定子电流、转速、转子电压、转子电流、定子绕组及关键点温度等信号的实时高速采集、计算与分析，发现温升存在问题，可以验证发电机的设计特性，从而在运行中预防发电机温升过高，了解发电机在带负荷运行时，各部分温度的可能变化情况，从而能将其控制在限额以内，减缓绝缘老化，提高发电机使用寿命，为保证发电机安全稳定运行提供有力的试验参考数据。
权利要求
1.一种便携式大型发电机温升试验用监测分析仪，其特征是机箱(16)内部分隔为左部和右部，机箱左部的机箱前后面板上由左至右安装外部传感器接线端子I (10)、以太网外部接口(11)，机箱左部的机箱后面板上安装外部传感器接线端子II (23)，机箱(16)内左部安装以虚拟仪器实时技术为核心，由实时控制器(5)、板卡插槽机箱(18)、模拟量输入模块(6 )、模拟量输入模块(7)、模拟量输入模块(8 )、模拟量输入模块(9 )、模拟量输入模块(19)、模拟量输入模块(20)、模拟量输入模块(21)、计数器模块(22)组成的控制器系统，机箱中的可重新配置的现场可编程门阵列FPGA直接和模块相连，进行数据采集、计算和控制操作，实时控制器(5)的电源输入端口(13)与线性电源(I)的输出端子(2)相连，实时控制器(5)上的以太网口 II (14)与机箱上的以太网接口(11)相连，进行系统扩展或者外接笔记本电脑，实时控制器(5)上的以太网口 I (15)与机箱右部前面板上安装的触摸式工业平板电脑(12)通过以太网总线相连并进行通讯，实现系统数据采集的控制和传输，机箱内部所有引线的屏蔽层与机箱接地端子(17)相连，机箱内右部后背板上安装外部供电电源插座(4)和电源开关(3)，外部供电电源插座(4)与线性电源(I)相连，为整个系统供电。
全文摘要
本发明公布了一种便携式大型发电机温升试验用监测分析仪，本发明构成中采用触摸式工业平板电脑通过以太网总线控制可编程控制器系统，实现对大型发电机三相定子电压、三相定子电流、转速、转子电压、转子电流、定子绕组及关键点温度等信号的实时高速采集、计算与分析，发现温升存在问题，可以验证发电机的设计特性，从而在运行中预防发电机温升过高，了解发电机在带负荷运行时，各部分温度的可能变化情况，从而能将其控制在限额以内，减缓绝缘老化，提高发电机使用寿命，为保证发电机安全稳定运行提供有力的试验参考数据。
文档编号G01R31/34GK102967829SQ201210460948
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者梁彬, 刘莹, 胡丽杰, 王洪泉, 高尚, 韩波, 孙铎, 毕纯辉, 韩卿洋 申请人:哈尔滨电机厂有限责任公司