专利名称：超速保护模块及采用该模块的超速保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种旋转机械状态监测的超速保护模块，用于处理传感器检测的信号并依据处理结果提供状态监测和报警功能，还涉及一种采用了该模块的超速保护系统。
背景技术：
转子转速是机械稳定运行以及开车、停机时的重要测量参数，尤其是对于一些大型旋转机械而言更为重要，如汽轮机、给水泵、送风机、引风机等。转子速度的突然变化，很可能表征着机器运行过程中存在着故障，严重的甚至将导致机器的损毁。因此，及时监测旋转机械的转速就变得极为重要。但是目前的一些监测仪表灵敏度低，且不能及时监测，可靠性较差，不能满足大型旋转机组的现场监测要求。
实用新型内容为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种超速保护模块和采用该模块的超速保护系统，该模块能够与冗余继电器模块配合实现超速保护功能，能够满足API670标准，该模块能够提高该超速保护系统的可靠性，该模块还可以根据实际需要与其他模块相配合实现轴位置、轴振动、偏心、胀差、低频振动、转速、零转速和反转保护等功能。本实用新型采用的技术方案是一种超速保护模块，包括输入信号调理电路，用于将传感器采集的原始检测信号进行调理形成适于处理的信号；中央处理单元，用于将调理后的信号进行A/D转换和算法处理；通信接口电路，与所述中央处理单元双向通信连接，用于所述中央处理单元与外界的通信连接，包括直接和通过系统总线的方式与外界的通信连接；模拟量电流输出电路，用于将所述中央处理单元处理后的数字信号转换为对应的模拟量电流并输出；缓冲输出电路，用于输出原始的未经转换的所述原始检测信号，其输入端与所述传感器的输出端相连；报警控制电路，与所述中央处理单元的报警信号输出端相连，用于将所述中央处理单元经算法处理所生成的报警信号输出；报警旁路电路，与所述中央处理单元相连，用于实现报警旁路；报警倍增电路，与所述中央处理单元相连，用于实现报警倍增；电源转换电路，用于将电源输入电压转化成所述中央处理单元和上述各电路正常工作需要的各种电压；[0016]所述超速保护模块设有多个通道，其中有用于实现超速保护的第一通道，所述第一通道通过所述通信接口电路与外界通信连接。所述传感器包括涡流传感器和磁阻传感器。所述电源转换电路可以为支持冗余电源输入的电源转换电路。所述报警控制电路优选为连接有一个或若干个用于输出所述报警信号的报警元件。所述报警元件可以是发光二极管、报警用扬声器和/或LED显示器。上述任一项技术方案中，优选为，所述超速保护模块还包括用于涡流信号监测的第三、第四通道。较优地，所述输入信号调理电路包括与所述四个通道分别对应的四个输入端，所述缓冲输出电路包括与所述四个通道分别对应的四个缓冲输出端，所述模拟量电流输出电路包括与所述输入信号调理电路的四个输入端分别对应的四个模拟量电流输出端。优选为，所述超速保护模块还设有一个前板和一个后板，所述四个缓冲输出端设于所述前板上，所述前板上还设有三个用于指示被监测的所述通道的状态的指示灯，所述四个模拟量电流输出端设于所述后板上。本实用新型还提供了一种超速保护系统，包括一个冗余继电器模块和若干个上述任一项技术方案所述的超速保护模块，若干个所述超速保护模块的第一通道通过各自的所述通信接口电路与所述冗余继电器模块连接并通信，用于实现所述超速保护。较优地，所述超速保护模块的数量为三个，所述冗余继电器模块包括用于独立鉴定三个所述超速保护模块所输入的信号的鉴定子模块和依据鉴定结果通过三取二的方式表决的表决子模块。本实用新型的有益效果是本实用新型的超速保护模块结构简单，且可以接收涡流传感器和磁阻传感器的信号输入，提高了监测的灵敏度和响应速度，可以对大型机组的旋转机械进行实时监测；本实用新型的报警旁路电路和报警倍增电路，适用于多种情况下的状态监测，能够适用于各种旋转机械的转速监控，以实现对各种旋转机械在各种状态下的超速保护；本实用新型的超速保护系统通过若干个(如三个)所述超速保护模块与冗余继电器相配合使用，并由冗余继电器独立鉴定各个所述超速保护模块所输入的信号，通过三选二的表决方式来确定状态信息，大大提高了超速保护系统的可靠性。
图1是本实用新型的超速保护模块的电路结构示意图；图2是本实用新型的超速保护模块的一个实施例的前板的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型，以便更好的理解，
以下结合附图通过具体实施方式
对本实用新型作详细描述。参见图1和图2，本实用新型提供了一种超速保护模块，包括下列各电路电源转换电路、输入信号调理电路、中央处理单元、报警控制电路、缓冲输出电路、模拟量电流输出电路、通信接口电路、报警旁路电路和报警倍增电路，所述超速保护模块设有多个通道，其中包括用于实现超速保护功能的第一通道，所述第一通道可以通过所述通信接口电路与外界通信连接。通常，供电电源通过所述电源转换电路与所述中央处理单元相连，所述供电电源和电源转换电路构成用于为所述超速保护模块供电的电源模块，用于将供电电源输入的电压转化成所述中央处理单元和上述各电路正常工作需要的各种电压，所述电源转换电路支持冗余电源输入，所述供电电源可以为冗余电源，如可以通过所述电源转换电路为所述超速保护模块接入冗余电源，以便为所述超速保护模块的正常工作提供需要的各种电压。所述输入信号调理电路的输入端与所述传感器的信号输出端相连，其输出端与所述中央处理单元相连，所述输入信号调理电路可以作为所述超速保护模块的信号输入端，用于将所述传感器采集来的原始检测信号进行调理形成适于处理的信号并输出至所述中央处理单元，所述输入信号调理电路包括隔离电路、滤波电路和放大电路，通过所述隔离电路将来自所述传感器的信号划分为直流信号和交流信号，所述直流、交流信号中的电压信号经所述放大电路、滤波电路调整到适合于所述中央处理单元的电压范围。通常所述传感器所采集的信号为模拟信号。中央处理单元用于将经过所述输入信号调理电路调理后的信号进行A/D转换和算法处理，通常所述中央处理单元首先对经输入信号调理电路处理过的信号进行A/D转换后再进行算法处理，所述算法处理包括将经A/D转换后的数字信号与报警点(即报警阙值)比较以形成相应的报警信号，所述报警信号可以经报警信号输出端输出，以实现对被监测旋转机械的保护。所述报警控制电路的输入端与所述中央处理单元的报警信号输出端相连，用于将所述中央处理单元经算法处理所生成的报警信号输出。通常所述报警信号包含有报警状态和OK状态等状态信息，该状态信息通常能够反应被监测通道(如第一通道)的不同状态。优选为，所述报警控制电路的输出端可以连接有一个或若干个用于输出所述报警信号的报警元件，所述报警元件可以是报警用发光二极管、报警用扬声器和/或LED显示器，例如可以通过三个发光二极管制成的状态指示灯0Κ/Ι0、ALARM、BYPASS (分别参见图2的10、11、12)显示不同的状态，如OK状态、报警状态。所述报警信号(尤其是其中的所述状态信息)还可以通过其他方式予以输出，例如，在超速保护系统中，与所述中央处理单元双向通信连接的所述通信接口电路还与冗余继电器模块相连，并用于实现所述中央处理单元与所述冗余继电器模块的通信，此时，所述状态信息可以通过所述通信接口电路直接输出至冗余继电器模块中进行下一步处理，通过指示灯和继电器输出运算结果。所述通信接口电路还可以通过系统总线的方式实现所述中央处理单元与外界的通信连接，即将所述通信接口电路接入系统总线，此时，所述状态信息还可以通过所述通信接口电路输出至系统总线，并通过所述系统总线实现与其他同时连接了该系统总线的各种模块共享所述状态信息，通常需要与其他微处理器进行通讯时可以采用该种方式。所述报警旁路电路和报警倍增电路可以分别与所述中央处理单元相连，所述报警旁路电路可以用于实现报警旁路，即不输出报警状态信息，所述报警旁路功能既可以通过所述报警旁路电路实现也可以通过软件设置来实现，如可以通过所述报警旁路电路实现通道旁路；所述报警倍增电路可以用于实现报警倍增，所述报警倍增功能既可以通过所述报警倍增电路来实现也可以通过软件倍增设置来实现。所述模拟量电流输出电路的输入端与所述中央处理单元相连，所述中央处理单元能够将经过A/D转换处理的数字信号输送至所述模拟量电流输出电路，所述模拟量电流输出电路可以将所述中央处理单元处理后的数字信号经D/A转换生成与输入信号相对应的模拟量电流并输出，以便于远距离的安全传输。通常输出的模拟量电流大小为4-20mA。所述缓冲输出电路的输入端与所述传感器的输出端相连，可以将所述原始检测信号按照原始状态不经任何处理的输出，以便保持所述传感器所采集的原始信号的真实性，避免信息丢失，这些输出既可以作为记录用，也可以供其他监控仪器使用。上述任一项技术方案中，所述传感器可以为涡流传感器或磁阻传感器或其他高精度转速、位移传感器，所述超速保护模块可以接收涡流传感器和磁阻传感器的信号输入。上述任一项技术方案中，所述超速保护模块优选为还包括第三、第四通道，用于为涡流信号监测通道，用于涡流信号监测，可以根据实际需要实现轴位置、轴振动、偏心、胀差、低频振动、转速、零转速和反转保护等功能。较优地，所述输入信号调理电路包括与所述四个通道分别对应的四个输入端，所述缓冲输出电路包括与所述四个通道分别对应的四个缓冲输出端，所述模拟量电流输出电路包括与所述输入信号调理电路的四个输入端分别对应的四个模拟量电流输出端。所述传感器所采集的各种信号可以分别经所述输入信号调理电路的四个输入端输入所述的四个通道，并可以经与所述四个通道相对应的所述四个缓冲输出端输出，还可以经所述中央处理单元处理后形成相应的模拟量信号经所述四个模拟量电路输出端输出。所述第一通道与冗余继电器模块相配合可以实现所述超速保护功能，对于超速保护系统，所述冗余继电器模块仅和所述超速保护模块的第一通道配合工作，与其他通道无关。在本实用新型的一个实施例中，所述超速保护模块由一个前板和一个后板组成，其前板上设有三个状态指示灯10、11、12 (即所述发光二极管)分别指示被监测的所述通道的不同状态(如OK/10、ALARM、BYPASS等状态信息)，其前板上还设有四个缓冲输出端子13与四个通道相对应，其后板上设有四个4-20mA电流输出端与所述四个输入通道分别对应。本实用新型还提供了一种超速保护系统，包括一个冗余继电器模块和上述任一项技术方案中所述的超速保护模块，通常若干个所述超速保护模块的第一通道可以通过各自的所述通信接口电路与所述冗余继电器模块连接并通信，以实现所述超速保护功能。优选为所述超速保护模块的数量为三个，所述冗余继电器模块包括用于独立鉴定三个所述超速保护模块所输入的信号的鉴定子模块和依据鉴定结果通过三取二的方式表决的表决子模块，所述冗余继电器模块可以独立地鉴定来自三个超速保护模块的信号，并通过三取二的方式表决，大大提高了超速保护系统的可靠性。在本实用新型的一个实施例中，三个所述超速保护模块的第一通道通过各自的所述通信接口电路与所述冗余继电器模块连接并通信，组成所述超速保护系统，该超速保护系统包括框架、数据通信底板和若干电子模块，所述数据通信底板安装在所述框架内，设有系统总线和若干个与所述系统总线连接的电子模块插接槽位，所述各电子模块分别插接在各自对应的电子模块插接槽位中，并通过所述的系统总线相互通信连接，所述各电子模块包括电源模块、系统接口模块、信号处理模块、冗余继电器模块和通信模块(包括所述通信接口电路)。所述信号处理模块中包括本实用新型的超速保护模块，所述超速保护模块主要用来处理输入信号，与报警点比较后输出正确的状态信息，所述状态信息可以发送至框架内部总线供其他模块共享，也可以直接输出到冗余继电器模块进行处理。在所述超速保护系统中，超速保护模块可以测量机械转速，并为用户提供实时值、 间隙电压和4-20mA电流，也可以将报警状态、OK状态传给该超速保护系统中的冗余继电器模块。冗余继电器模块对这些信息进行处理，通过指示灯和冗余继电器输出运算结果。本实用新型结构简单、可靠性高、响应快，可专门用于旋转机械的超速保护。
权利要求1.一种超速保护模块，其特征在于包括输入信号调理电路，用于将传感器采集的原始检测信号进行调理形成适于处理的信号；中央处理单元，用于将调理后的信号进行A/D转换和算法处理；通信接口电路，与所述中央处理单元双向通信连接，用于所述中央处理单元与外界的通信连接，包括直接和通过系统总线的方式与外界的通信连接；模拟量电流输出电路，用于将所述中央处理单元处理后的数字信号转换为对应的模拟量电流并输出；缓冲输出电路，用于输出原始的未经转换的所述原始检测信号，其输入端与所述传感器的输出端相连；报警控制电路，与所述中央处理单元的报警信号输出端相连，用于将所述中央处理单元经算法处理所生成的报警信号输出；报警旁路电路，与所述中央处理单元相连，用于实现报警旁路；报警倍增电路，与所述中央处理单元相连，用于实现报警倍增；电源转换电路，用于将电源输入电压转化成所述中央处理单元和上述各电路正常工作需要的各种电压；所述超速保护模块设有多个通道，其中有用于实现超速保护的第一通道，所述第一通道通过所述通信接口电路与外界通信连接。
2.根据权利要求1所述的超速保护模块，其特征在于所述传感器包括涡流传感器和磁阻传感器。
3.根据权利要求1所述的超速保护模块，其特征在于所述电源转换电路为支持冗余电源输入的电源转换电路。
4.根据权利要求1所述的超速保护模块，其特征在于所述报警控制电路连接有一个或若干个用于输出所述报警信号的报警元件。
5.根据权利要求4所述的超速保护模块，其特征在于所述报警元件包括发光二极管、报警用扬声器和/或LED显示器。
6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的超速保护模块，其特征在于所述超速保护模块还包括用于涡流信号监测的第三、第四通道。
7.根据权利要求6所述的超速保护模块，其特征在于所述输入信号调理电路包括与所述四个通道分别对应的四个输入端，所述缓冲输出电路包括与所述四个通道分别对应的四个缓冲输出端，所述模拟量电流输出电路包括与所述输入信号调理电路的四个输入端分别对应的四个模拟量电流输出端。
8.根据权利要求7所述的超速保护模块，其特征在于其还设有一个前板和一个后板，所述四个缓冲输出端设于所述前板上，所述前板上还设有三个用于指示被监测的所述通道的状态的指示灯，所述四个模拟量电流输出端设于所述后板上。
9.一种超速保护系统，其特征在于包括一个冗余继电器模块和若干个权利要求1-8中任一项权利要求所述的超速保护模块，若干个所述超速保护模块的第一通道通过各自的所述通信接口电路与所述冗余继电器模块连接并通信。
10.根据权利要求9所述的超速保护系统，其特征在于所述超速保护模块的数量为三个，所述冗余继电器模块包括用于独立鉴定三个所述超速保护模块所输入的信号的鉴定子模块和依据鉴定结果通过三取二的方式表决的表决子模块。
专利摘要本实用新型涉及一种超速保护模块和采用该模块的超速保护系统，所述超速保护模块包括电源转换电路、输入信号调理电路、中央处理单元、通信接口电路、模拟量电流输出电路、报警控制电路、报警旁路电路、报警倍增电路和缓冲输出电路，该超速保护模块中设有一个超速保护通道和两个涡流监测通道，所述超速保护系统可以通过三个超速保护模块各自的超速保护通道与一个冗余继电器模块相配合，并由该冗余继电器模块独立鉴定三个超速保护模块输入的信号通过三取二的表决方式确定状态信息，有效提高了系统的可靠性，且可以接受涡流传感器和磁阻传感器的信号输入，提高了监测的灵敏度和响应速度，能够用于各种旋转机械在各种状态下的超速保护。
文档编号G01P3/49GK202171595SQ20112027997
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者李宣梓 申请人:北京派利斯科技有限公司