一种用于DCS系统的转速测量模块的制作方法

本实用新型涉及一种转速测量模块，尤其涉及一种DCS控制系统中的转速测量模块，可以实现对转速信号的精确测量和对转速的精确控制。

背景技术：

目前，分散控制系统(Distributed Control System，简称DCS)广泛应用于工业领域，DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。主要特点是高可靠性、开放性、控制功能丰富。快速、可靠、高精度的转速测量及其测速系统是此系统的一个重要组成部分。

在系统应用中，可实现汽轮机等需要测量转速和超速保护的装置中。可广泛应用于电力、石油、化工、冶金、环保等工业企业的生产过程，做到转速实时测量，响应速度快，测量精度高，为生产过程安全稳定运行提供保障。

本实用新型也可以用于测量其他脉冲量的场合，在现代工业生产中有重要作用。

但在现有技术中，转速信号的测量主要通过CPU求平均速度的方法测量，也就是在固定的时间T内，对速度传感器的脉冲进行计数，然后利用公式V＝C/T算出转速值。

但是这样会造成一系列的问题：

计算机的计时时间T可能被其他进程打扰而不精确；

计算的脉冲数C在计时时间T到的那一刻有可能不是整数个脉冲。

这样利用公式算出的转速值就存在偏差。

另外，在现有技术中，转速信号的测量多是单通道转速测量，无法实现多通道转速测量。

同时在现有技术中，转速测量模块只有测量转速的功能，功能比较单一，如果要实现超速保护功能和功率不平衡的逻辑控制，则需要其他类型卡件配合来完成整个逻辑控制功能，系统复杂，可靠性和精确度都不高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种系统简单，功能多样化，可以集转速测量和转速保护功能为一体的，可以实现多通道转速测量和控制的转速测量和控制系统。本实用新型的发明人正是基于这样的构思研发了一种新的转速测量模块。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是：

(1)提高测量的相应速度，提高测量电路的抗干扰能力，提升转速测量计算的准确性；

(2)实现多路转速的测量；

(3)实现转速测量和超速保护及功率不平衡保护功能的集成化，使用单一的模块实现多个功能；

(4)系统构成简单，性能可靠，实时性和精度高，满足工业现场要求。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于DCS系统的转速测量模块，包括检测电路和采样计算电路，其中所述采样计算电路还包括可编程逻辑芯片FPGA和单片机，所述检测电路用于对信号进行预处理，为所述可编程逻辑芯片FPGA提供信号，所述单片机和所述可编程逻辑芯片FPGA通讯连接，其中所述可编程逻辑芯片FPGA用于对转速脉冲的计数和计时，得到计数值C和计时值T，所述单片机用于读取所述可编程逻辑芯片FPGA中缓存的C值和T值，计算转速。

本实用新型创造性地使用了基于可编程逻辑芯片FPGA和高性能单片机ARM来实现高精度的转速测量。这种检测方案，性能可靠，实时性和精度高，满足工业现场要求。

在本实用新型的较佳实施方式中，所述用于DCS系统的转速测量模块，还包括与所述可编程逻辑芯片FPGA连接的输入通道和/或输出通道。

所述输入通道包括转速测量通道，开关量输入通道和模拟量输入通道。

所述转速测量通道为3路，所述开关量输入通道为6路，所述模拟量输入通道为6路。

所述输出通道包括开关量输出通道。

所述开关量输出通道为3路。

所述转速测量通道，开关量输入通道和模拟量输入通道使用光耦EL357N实现内外部分电路隔离。

所述模拟量输入通道采用开关切换的方式轮流对6路信号进行采样，采样芯片为ADS8320E。

在本实用新型的另一较佳实施方式中，在所述采样芯片和所述可编程逻辑芯片FPGA之间还包括隔离芯片，所述隔离芯片是ADuM1201高速磁介质隔离芯片。

在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述单片机为32位的高性能ARM芯片，型号MB9BF618S。

因此本实用新型的转速测量模块包括检测电路和采样计算电路两大部分。检测电路实现信号的预处理功能，提高电路的抗干扰能力，为FPGA提供稳定干净的信号。采样计算电路部分采用可编程逻辑器件FPGA和单片机ARM相结合的方式实现，FPGA实现转速脉冲的精确计数C和计时T，单片机读取FPGA中缓存的C值和T值，并完成转速的精确计算。

由于采用双重机制来完成转速测量。首先，转速信号的测量由FPGA来完成，它可以实现3个通道的数据同时进行测量，这样提高了测量的响应速度。同时单片机ARM实现转速的计算和策略的控制。

本实用新型还可以实现超速保护功能和功率不平衡计算保护功能，当测量对象的速度超过设定值时，结合开关量输入信号和模拟量输入信号，由单片机按照控制策略计算后发出保护信号，响应速度快，功能丰富，单一模块能完成多个功能，使用方便。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是依据现有技术实现的测量示意框图；

图2是本发明的详细实施方案框图。

具体实施方式

如图1所示，转速测量模块包括检测电路和采样计算电路两大部分。检测电路实现信号的预处理功能，提高电路的抗干扰能力，为FPGA提供稳定干净的信号。采样计算电路部分采用可编程逻辑器件FPGA和单片机ARM相结合的方式实现，FPGA实现转速脉冲的精确计数C和计时T，单片机读取FPGA中缓存的C值和T值，并完成转速的精确计算。本模块设计有3路转速测量通道，6路开关量输入通道，6路模拟量输入通道，3路开关量输出通道。

下面结合附图2对本实用新型的具体实施作更详细的描述。

本实用新型公开了一种用于DCS系统的转速测量和控制系统，是新华NetPAC系统的系统模块之一，本发明使用Lattice公司的LCMXO2-2000芯片，使用Verilog编程语言。在FPGA内部搭建了硬件逻辑模块，其内部实现了转速或者脉冲量测量，可以利用其丰富的管脚资源同时实现多路转速量的测量。

本发明，硬件电路核心处理单元采用32位的高性能ARM芯片，型号MB9BF618S，用C语言编程，实现对转速的计算、超速、功率不平衡逻辑的控制。当测量对象的速度超过设定值时，结合开关量输入信号和模拟量输入信号，由单片机按照控制策略计算后发出保护信号，响应速度快，功能丰富，单一模块能完成多个功能，使用方便。

本实用新型还设计了滤波和隔离电路，提高装置的抗干扰能力。

3路转速通道使用光耦EL357N隔离现场设备对测量系统的干扰，以保护内部控制电路正常工作。6路开关量输入和3路开关量输出都采用光耦EL357N实现内外部分电路隔离。在输入信号端采用滤波电路,滤除杂波信号。

模拟量输入通道采用开关切换的方式轮流对6路信号进行采样，采样芯片使用ADS8320E，该转换器转换速度快，支持SPI总线。隔离芯片采用高速隔离芯片ADuM1201，是高速磁介质隔离芯片，其可隔离现场设备对其的干扰，保证其正常工作。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。