专利名称：一种智能型转速及蠕动监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化监测技术领域，特别是涉及一种智能型转速及蠕动监测装置。
背景技术：
目前，在水电站发电机组的运行中，水轮机调节的实质是根据偏离了额定工况的 转速(频率)偏差信号，调节水轮机导水机构，不断地维持水轮发电机功率与负荷功率的平 衡。机组速度反馈是大多数水轮机控制系统最基本的输入量，因此，对于水轮机测速装置， 要求有较小的死区和很高的灵敏度。在现有的技术中，通常采用一路齿盘和一路残压来测 量发电机的转速。电压互感器PT进行残压测频时，具有的干扰源复杂且难以排除；低转速时残压信 号严重失真，根本无法通过残压信号正确测量出机组频率；若PT的保险炸裂、接触不良或 断线，那么残压信号完全是一个干扰信号；在电力系统污染时，在负荷变化的时间内残压测 频方式也不可能测得真实的机组频率。至于齿盘测速装置测量精度，由于加工精度的局限性，齿盘上齿与齿之间的距离 不可能完全相等，或者说齿距不可能完全均勻。对于高灵敏度的速度传感器，它是通过扫描 齿与齿之间的时间来计算速度的，即使机组实际转速没变，齿与齿之间不同的间隔就会反 应出速度的变化，从而产生干扰信号。此外，水轮发电机主轴的摆动容易使齿盘相对测速探 头的中心发生偏移，这种相对运动会产生低频振荡信号，并叠加到机组转速信号上，从而也 对齿盘测速装置所测量速度的精度产生干扰。因此，目前迫切需要开发出一种装置，其可以可靠地对水轮发电机的转速进行测量。

实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种智能型转速及蠕动监测装置，其可以可 靠地对水轮发电机的转速进行测量，并且结构简单，性能稳定，能够实现对水轮发电机的转 速的实时监控，可以广泛地推广应用于水电站发电机组中，具有重大的生产实践意义。为此，本实用新型提供了一种智能型转速及蠕动监测装置，包括有编码器、接近开 关和可编程控制器PLC，所述可编程控制器PLC分别与编码器和接近开关相连接；所述编码器与发动机转动轴相连接，所述发电机转动轴的外壁上具有一圈齿盘， 所述接近开关与该齿盘相接触。其中，所述可编程控制器PLC还与发电机机端的电压互感器PT相连接。其中，所述可编程控制器PLC与发电机机端的电压互感器PT之间设置有一个转速 测量芯片。其中，所述可编程控制器PLC还与电站监控系统向连接。其中，所述可编程控制器PLC与电站监控系统直接采用RS485总线方式进行数据通讯。其中，所述可编程控制器PLC为具有人机界面的可编程控制器。其中，还包括有交直流双路供电单元，该直流双路供电单元分别与接近开关、编码 器、可编程控制器PLC相连接。由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提出了 一种智能型转速及蠕动监测装置，其可以可靠地对水轮发电机的转速进行测量，并且结构 简单，性能稳定，能够实现对水轮发电机的转速的实时监控，可以广泛地推广应用于水电站 发电机组中，具有重大的生产实践意义。

图1为本实用新型提供的一种智能型转速及蠕动监测装置的结构示意图；图2为本实用新型中交直流双路供电单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，
以下结合附图和实施方式 对本实用新型作进一步的详细说明。图1为本实用新型提供的一种智能型转速及蠕动监测装置的结构示意图。本实用新型提供了一种智能型转速及蠕动监测装置，可以广泛地推广应用于水电 站发电机组中，与现有技术相比较，具有残压测速、齿盘测速和编码器测速等三种测速方 式，既可以采用单一测速方式，也可以三种方式同时使用，从而可以可靠地对水轮发电机的 转速进行测量。参见图1，本发明提供的一种智能型转速及蠕动监测装置，与发电机转动轴相连 接，包括有编码器100、接近开关200和可编程控制器PLC 300,所述可编程控制器PLC300 分别与编码器100和接近开关200相连接；在本实用新型中，所述编码器100通过一个连轴器2与发动机转动轴1相连接，该 连轴器2是一个弹性连接器。需要说明的是，具体实现上，对于所述编码器100，其随发电机 转动轴1转动，发电机转动轴1每转动一周编码器发出1000个编码转速脉冲信号，经滤波、 整形后输入到可编程控制器PLC 300 ；在本实用新型中，所述发电机转动轴上部外壁上具有一圈齿盘3 (也叫钢带)，该 齿盘随发电机转动轴1的转动而转动，发电机转动轴1每转动一周将输出固定的齿数；所述 接近开关200与该齿盘3相接触，用于测量齿盘3的齿数，每测量到齿盘3上的一个齿发生 转动就发出一个齿盘转速脉冲信号，经过滤波、整形后输入到可编程控制器PLC 300。在本实用新型中，所述接近开关200的数目优选为两个，从而可以测量获得两路 齿盘转速脉冲信号；当然，根据用户需要，还可以设置任意多个接近开关200，只要这些开 关与发电机外壁上的齿盘3相接触即可。为了获得发电机的残压信号，参见图1，所述可编程控制器PLC 300还与发电机机 端的电压互感器PT 500相连接，从而实现采集发电机的残压信号，该残压信号的频率随发 电机的转速成线性变化。具体实现上，所述可编程控制器PLC300与发电机机端的电压互感器PT 500之间设置有一个转速测量芯片700，在残压信号经整形、滤波后输入转速测量芯片700，由该转 速测量芯片700计算后输出转速信号模拟量给PLC 300，供PLC 300实时采集。参见图1，所述可编程控制器PLC 300还与电站监控系统400向连接，用于与电站 监控系统400进行数据通讯，例如输出转速报警信号和转速值给电站监控系统，具体可以 通过12路继电器接点将转速报警信号以开关量的形式输出给电站监控系统400，而可以将 转速值以2路模拟量的形式输出给电站监控系统400。具体实现上，所述可编程控制器PLC 300与电站监控系统400直接采用RS485总 线方式进行数据通讯。在本实用新型中，所述可编程控制器PLC 300为具有人机界面的可编程控制器， 它是整个本实用新型的控制核心，采集各路传感器(例如电压互感器PT、编码器和接近开 关)的转速信号，转换为转速值后远传至电站监控系统。具体实现上，系统操作人员可以通 过触摸屏操作该具有人机界面的可编程控制器，设置需要进行报警的速度值。通过人机界 面，操作人员还可以直接在触摸屏上设定发电机机组的额定转速、齿盘的齿数，设定继电器 报警输出、常开和常闭，以及选择齿盘、编码器和残压这三种方式中的一种或者多种作为测 试工作方式。需要说明的是，对于本实用新型，其采用的供电单元为交直流双路供电单元600， 该直流双路供电单元600分别与接近开关200、编码器100、可编程控制器PLC 300相连接， 该直流双路供电单元可以将工厂用交流AC220V电源和直流DC220V电源转换为直流DC24V 电源，然后给PLC、接近开关和编码器等部件进行供电。参见图2，所述交直流双路供电单元600包括有隔离变压器、整形电路和开关电 源，所述隔离变压器接整形电路，所述整形电路接开关电源。需要说明的是，所述隔离变压器用于将输入交流AC220V隔离后输出AC220V，减小 交流电源的干扰；所述整形电路用于将同时输入的AC220V电源和DC220V电源转换为一路 直流DC220V电源输出；所述开关电源用于将直流DC220V电源转换为直流DC24V电源给可 编程控制器PLC、接近开关和编码器等进行供电。参见图2，直流电源和交流电源通过整流电路同时供电，交流输入采用变压器隔 离，隔离后的交流电源经整流电路后变成直流电源，两路电源分别通过二极管并接到一起， 由于二极管导通特性，当两回路同时有电时，电压高的回路导通，另一路电源备用，当一路 电源回路断电时，另一回路回路立即导通，因此，可实现两路电源的无扰动切换，保证装置
连续可靠工作。下面通过具体实施例来说明本实用新型的技术方案。具体实现上，本实用新型可以采用一路残压信号、两路齿盘测速、一路编码器测试 三种测速方式互为备用。可编程控制器PLC同时采集这4路转速信号(即一路残压信号、 两路齿盘转速脉冲信号和一路编码转速脉冲信号)，通过对4路转速信号进行比较、分析， 智能判断传感器故障，自动选择一路精度高的传感器转速信号作为输入信号。具体实现上，从发动机机端的电压互感器PT获得残压信号，该残压信号经过隔 离、滤波、整形后送入转速测量芯片，转速测量芯片经过计算后输出0 5V的模拟量转速信 号供可编程控制器PLC的模拟量采集，PLC采集模拟量后经过数据转换计算出实际转速值；对于两路接近开关，同时测量获得两路齿盘转速脉冲信号，每经过一个齿，接近开关就发出一个齿盘转速脉冲信号，该脉冲信号通过整形滤波电路进行整形、滤波、隔离后直 接输入PLC，通过PLC的高速计数器采集脉冲的间隔时间，从而计算出实际的转速；鉴于编码器的转动轴和发电机的转动轴连接，发电机的转动轴转动一周，编码器 的转动轴跟随转动一周，编码器每转动一周发出1000个编码转速脉冲信号，脉冲信号通 过整形滤波电路进行整形、滤波、隔离后直接送入PLC的高速计数器，从而实现采集脉冲个 数，计算出实际的转速值。因此，可编程控制器PLC在采集上述几路传感器转速信号后，可以分别计算出转 速值，然后通过分析、比较，自动选择精度高的传感器信号(根据这几路转速信号得出的转 速值，计算获得转速平均值，以最接近该转速平均值的传感器转速信号作为精度最高的传 感器信号)作为主用信号，同时驱动带有人机界面的PLC自带的触摸屏来显示该精度高的 传感器信号对应的转速值，并且该PLC还可以提供4 20mA标准直流信号输出、继电器输 出和RS-485通讯。需要说明的是，两个接近开关同时采集转速信号，然后输入到PLC，PLC将这两个 信号组合、滤波、计算等处理后，可以消除水轮发电机主轴的摆动所产生的干扰信号，同时 本实用新型优选为采用数控加工的齿盘，使得齿盘中齿与齿之间的距离几乎完全相等，保 障了测量的精度，这样就得到一个与机组频率成正比的转速值。对于本实用新型，还采用高分辨率的增量编码器，其可以测量极低的转速，在低转 速的时后可以保障测量精度。此外，采用弹性连轴器，可以使得该编码器的安装简单可靠。对于本实用新型，还具有事件记录功能，当某一事件通过键盘设定事件发生时，实 时记录事件发生的具体时刻(准确到秒)和事件发生时刻转速实际值，以及追忆事件前6 秒内30组的转速值、事件发生后4秒内20组的转速值。事件追忆数据掉电保持，可通过装 置上键盘和人机界面读出，为分析事件原因、观察转速动态变化过程提供了强有力的、最方 便的手段。对于本实用新型，该智能型转速及蠕动监测装置是采用多种测量方式以保证转速 的可靠和精确，残压、齿盘、编码器三种测速方式互为备用。即可采用单一方式，也可以3种 方式同时使用，智能判断传感器故障，自动选择精度高的传感器输入信号。该转速及蠕动监 测装置的通用性强，经实际使用表明，可靠极高、触摸屏设置方便、经济效益好。综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提出了一种智能型转速及蠕动监测装 置，其可以可靠地对水轮发电机的转速进行测量，并且结构简单，性能稳定，能够实现对水 轮发电机的转速的实时监控，可以广泛地推广应用于水电站发电机组中，具有重大的生产 实践意义。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，包括有编码器、接近开关和可编程控制器PLC，所述可编程控制器PLC分别与编码器和接近开关相连接；所述编码器与发动机转动轴相连接，所述发电机转动轴的外壁上具有一圈齿盘，所述接近开关与该齿盘相接触。
2.如权利要求1所述的智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，所述可编程控制器 PLC还与发电机机端的电压互感器PT相连接。
3.如权利要求2所述的智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，所述可编程控制器 PLC与发电机机端的电压互感器PT之间设置有一个转速测量芯片。
4.如权利要求1所述的智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，所述可编程控制器 PLC还与电站监控系统向连接。
5.如权利要求4所述的智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，所述可编程控制器 PLC与电站监控系统直接采用RS485总线方式进行数据通讯。
6.如权利要求4所述的智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，所述可编程控制器 PLC为具有人机界面的可编程控制器。
7.如权利要求1至6中任一项所述的智能型转速及蠕动监测装置，其特征在于，还包括 有交直流双路供电单元，该直流双路供电单元分别与接近开关、编码器、可编程控制器PLC 相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种智能型转速及蠕动监测装置，包括有编码器、接近开关和可编程控制器PLC，所述可编程控制器PLC分别与编码器和接近开关相连接；所述编码器与发动机转动轴相连接，所述发电机转动轴的外壁上具有一圈齿盘，所述接近开关与该齿盘相接触。本实用新型公开了一种智能型转速及蠕动监测装置，其可以可靠地对水轮发电机的转速进行测量，并且结构简单，性能稳定，能够实现对水轮发电机的转速的实时监控，可以广泛地推广应用于水电站发电机组中，具有重大的生产实践意义。
文档编号G01P3/481GK201724944SQ20102028327
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者张志华, 王晓晨, 郭江, 陈服军 申请人:天津水利电力机电研究所