专利名称：便携式同步发电机试验用功角监测分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式同步发电机试验用功角监测分析仪
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。发电机的功角不但是反映发电机内部能量转换的一个重要参数，也是发电机稳定运行的重要标志量。通过监视功角的变化，为发电机在异常、故障及其失稳情况下的分析，提供了非常重要的参考依据。因此，实时的监测分析功角的变化对全面地掌握电力系统各部分的运行状态对保证系统的安全、稳定、紧急运行具有重要的意义。由此，发电机的功角是电力系统中的一个十分重要的监测量。目前，电力系统中基于GPS的电网运行实时监测系统的研究已十分广泛，本发明不采用 GPS而是通过采用高性能的嵌入式结构在发电机试验过程中实现发电机功角的实时计算测量。

发明内容
本发明提供了一种通过对发电机机端三相电压、电流、转速、键相脉冲等参数测量、计算分析实现对发电机功角的实时监测与分析的便携式同步发电机试验用功角监测分析仪。本发明是通过以下技术方案实现的一种便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，机箱内部分隔为左部和右部，机箱左部的机箱前面板上由左至右安装外部传感器接线端子，以太网外部接口，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、计数器模块组成控制器系统，所有模块通过外部传感器接线端子与外部相连，内部与可编程门阵列FPGA直接互连进行数据采集、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后进行系统扩展或者外接笔记本，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，实现数据的采集控制和传输，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芯片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芯片直接和每个输入输出模块相连，可高速访问I/O电路并灵活实现定时、触发和同步等功能。因为每个输入输出模块直连可重新配置的现场可编程门阵列FPGA芯片，而非通过总线，所以与其他工业控制器相比，本系统所选控制器几乎没有控制系统的响应延迟，默认情况下，该可重新配置的现场可编程门阵列FPGA芯片自动与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，在可重新配置的现场可编程门阵列FPGA芯片上运行的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复杂运算、分析和准确定时的功角测量、计算与分析，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，由此构成的便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，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实现对发电机功角的实时监测分析。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，实现对同步发电机机端三相电压、三相电流、转速、键相脉冲等信号的高速采集、处理与分析，实现了对发电机功角的直接、可靠和准确实时的测量，本发明构成中采用的可编程控制器系统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芯片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芯片直接和每个输入输出模块相连，可高速访问I/O电路并灵活实现定时、触发和同步等功能。因为每个输入输出模块直连可重新配置的现场可编程门阵列FPGA芯片，而非通过总线，所以与其他工业控制器相比，本系统所选控制器几乎没有控制系统的响应延迟。默认情况下，该可重新配置的现场可编程门阵列FPGA芯片自动与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，在可重新配置的现场可编程门阵列FPGA芯片上运行的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复杂运算、分析和准确定时的功角测量、计算与分析。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，由此构成的便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，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实现对发电机功角的实时监测分析。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，实现对同步发电机机端三相电压、三相电流、转速、键相脉冲等信号的实时高速采集、计算与分析，实现了对发电机功角的直接、可靠和准确实时的测量分析。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，由此构成的便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，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实现对发电机功角的实时监测分析。实现了国内外众多电站、试验场所所用的大体积的柜式功角监测仪的功能，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，尤其适用于同步发电机的试验中。


图I是本发明结构示意2是本发明电路连接原理图
具体实施例方式如图I所示的一种便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，机箱16内部分隔 为两部分左部和右部，机箱左部的机箱前面板上由左至右安装外部传感器接线端子10，以太网外部接口 11，机箱16内左部安装以虚拟仪器实时技术为核心，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、计数器模块9，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NI9114的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NI9221 ;计数器模块9，计数器模块型号NI9423，模块与可重配置的可编程门阵列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 1114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 115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通讯，实现数据的采集控制和传输，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，实时控制器5型号NI CRIO 9024供电的电源输入端13和触摸式工业平板电脑12，触摸式工业平板电脑12的型号；NI TPC2212上的电源接口，实时控制器5与板卡插槽机箱18，板卡插槽机箱18型号NI9114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，板卡插槽机箱型号NI9114的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NI9221 ;计数器模块9，计数器模块型号NI9423，模块上端子通过外部传感器接线端子10与外接传感器相连，内部与可编程门阵列FPGA直接互连与可重配置的可编程门阵列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 1114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 115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 TPC 2212的以太网口相连，通过以太网总线相连并通讯，实现数据的采集控制和传输。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，可编程控制器系统通过对机端三相电压、三相电流，以及转速和键相脉冲等的参数的采集、处理与分析，实现对发电机功角的实时监测与分析。
权利要求
1. 一种便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，其特征是机箱(16)内部分隔为左部和右部，机箱左部的机箱前面板上由左至右安装外部传感器接线端子(10)、以太网外部接口(11)，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 )、计数器模块(9 )组成的控制器系统，所有模块通过外部传感器接线端子(10)与外部相连，内部与可编程门阵列FPGA直接互连进行数据采集、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)相连后进行系统扩展或者外接笔记本，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，实现数据的采集控制和传输，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
本发明提供了一种便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，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，实现对同步发电机机端三相电压、三相电流、转速、键相脉冲等信号的实时高速采集、计算与分析，实现了对发电机功角的直接、可靠和准确实时的测量分析。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，由此构成的便携式同步发电机试验用功角监测分析仪，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实现对发电机功角的实时监测分析。
文档编号G01R31/34GK102967830SQ20121046105
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, 韩波, 王洪泉, 高尚, 毕纯辉, 孙铎, 韩卿洋 申请人:哈尔滨电机厂有限责任公司