一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，由位置变送器和主令控制器组成，其中位置变送器安装在水轮机导叶接力器处，用于产生导叶接力器位置信号，位置变送器与主令控制器相连接，主令控制器接入计算机监控系统；其中主令控制器主要由主控单片机、键盘及显示单片机、交直流双重电源回路、模拟量输入回路、模拟量输出回路、通讯接口、继电器接点开关输出回路、键盘处理电路、数码管及LED显示回路组成；本实用新型通过主辅双单片机协同工作，即主单片机负责数据采样，存储，处理，输出动作结果；辅助单片机负责数码管显示、LED灯指示、键盘输入等，完成参数设置、显示切换、信息查询等协同工作。
【专利说明】-种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，属于水 利发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 水轮机是水力发电厂的重要设备，承担着将水能转换为机械能的重要任务，而导 叶开度的大小则直接关系到水轮机输出功率，是判断机组开机、停机、发电、过负荷等状态 的重要参量，而主令控制器主要用于反映水轮机导叶开度大小，如导叶是否全关、是否在空 载开度、是否超过开度限制等，是电站监控系统判断水轮发电机组状态和故障的重要参量。
[0003] 目前，大量使用的是带机械反馈、旋转凸轮、位置开关组成的主令控制器，需要在 导叶接力器处安装复杂的机械杠杆(或钢丝绳）式反馈机构，反馈机构驱动凸轮旋转，在凸 轮不同位置安装触碰式开关，开关位置反映导叶开度位置。该装置主要缺点是：反馈杠杆或 钢丝绳安装比较困难，其次是行程死区大造成控制精度低、调整困难；另外凸轮触碰接点接 触不良故障率高，影响电站控制流程的判断和正常实施；且当反馈机构较长时，容易产生信 号的延时和滞后。
[0004] 而采用可编程控制器PLC来组成采集、控制和继电器输出部分，采用通用触摸屏 (或文本显示器）来显示和设置参数，这种方案体积较大，组屏不便，且成本较高，由于采用 其他厂商的通用产品，受其产品变化、停产限制，不易形成标准化产品，对产品的维护和使 用带来不便。
[0005] 随着电站自动化水平及计算机监控技术的提高，要求控制精度高、方便调整、免维 护的主令控制设备，以满足电站"无人值班、少人值守"的更高要求。 实用新型内容
[0006] 为了克服现有主令控制器现场安装复杂，控制精度低、调整困难，维护不方便、故 障率较高等缺点，本实用新型提供了一种采用单片微机和电气变送器元件构成新型的电子 式导叶主令控制器，取代目前水电站带导叶机械反馈的凸轮式接点开关，提高水电站自动 化元件整体水平，满足当前水电站"无人值班、少人值守"的要求，保障机组安全。
[0007] 本实用新型是采用以下技术方案完成的：
[0008] -种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，由位置变送器和主令控 制器组成，所述位置变送器安装在水轮机导叶接力器处，用于产生导叶接力器位置信号，所 述位置变送器与主令控制器相连接，所述主令控制器接入计算机监控系统；所述主令控制 器主要由主控单片机、键盘及显示单片机、交直流双重电源回路、模拟量输入回路、模拟量 输出回路、通讯接口、继电器接点开关输出回路、键盘处理电路、数码管及LED显示回路组 成；所述主控单片机分别与键盘及显示单片机，继电器接点开关输出回路，模拟量输入回 路，模拟量输出回路和通讯接口相连接，进行相互通讯；所述键盘及显示单片机分别与键盘 处理电路和数码管及LED显示回路相连接，进行相互通讯；所述位置变送器与主令控制器 内的模拟量输入回路相连接；所述交直流双重电源回路与交流和直流两路电源相连接。
[0009] 前述的位置变送器可采用拉线式位置变送器或者磁致伸缩式位置变送器。
[0010] 前述的通讯接口采用RS232或者RS485串行异步接口，用于与外部智能设备进行 通讯。
[0011] 前述的模拟量输入回路有两路通道，所述两路通道均由依次相连的电流电压变 换电路，输入电压反向电路，电压增益调整电路，二阶有源滤波电路，二级管钳位保护电路 组成，所述两路通道的输出端与AD模数转换芯片MAX186相连接，所述AD模数转换芯片 MAX186接入主控单片机。
[0012] 前述的主控单片机设有DA数模转换芯片TLC5620,所述模拟量输出回路与DA数模 转换芯片TLC5620相连接，所述模拟量输出回路有两路通道，所述两路通道均由相互连接 的电压电流转换电路和电流调整电路组成。
[0013] 前述的主控单片机设有78E58B芯片，继电器接点开关输出回路与78E58B芯片的 10 口相连接，所述继电器接点开关输出回路有10路导叶位置继电器通道和1路报警继电器 通道，所述10路导叶位置继电器通道均由相互连接的光电耦合器和输出继电器组成，所述 继电器的输出端均接入计算机监控系统。
[0014] 前述的键盘处理电路包括设置按键，切换按键，增加键，减少键和确认键5种按键 输入电路。
[0015] 通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果为：采用单片微机和电气变送器 元件构成新型的电子式导叶主令控制器，只需在水轮机导叶接力器处安装位置变送器，所 开发的主令控制器可以安装在监控盘柜上，不需要引入杠杆或钢丝绳等复杂的机械反馈， 电缆接线也可以节省很多，这样就大大简化了水轮机主令控制器的布置和结构；另外电气 主令控制器采用电气反馈、测量和输出，设置参数采用键盘输入，固化存储，克服了原有主 令控制器行程死区大造成控制精度低、位置接点调整困难，动作接点接触不良等缺点，具有 动作精度高、安装调整方便、接点动作可靠、免维护等优点，可极大提高水电站自动化元件 水平，满足当前电站计算机监控系统的数字化要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型的电子式导叶主令控制器结构示意图；
[0017] 图2为本实用新型的主令控制器内部结构示意图；
[0018] 图3为本实用新型模拟量输入回路图；
[0019] 图4为本实用新型模拟量输出回路图；
[0020] 图5为本实用新型继电器接点开关输出回路图；
[0021] 图6为本实用新型主控单片机工作流程图；
[0022] 图7为本实用新型键盘及显示单片机工作流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行进一步详细说明。
[0024] 如图1所示，本实用新型由位置变送器和主令控制器组成，其中位置变送器安装 在水轮机导叶接力器处，用于产生导叶接力器位置信号，位置变送器可采用拉线式或磁致 伸缩式位置变送器，变送器量程与接力器行程相适应，一般选用4-20mA输出；位置变送器 与主令控制器相连接，主令控制器接入计算机监控系统。
[0025] 如图2所示，主令控制器主要由主控单片机、键盘及显示单片机、交直流双重电源 回路、模拟量输入回路、模拟量输出回路、通讯接口、继电器接点开关输出回路、键盘处理电 路、数码管及LED显示回路组成；其中主控单片机分别与键盘及显示单片机，继电器接点开 关输出回路，模拟量输入回路，模拟量输出回路和通讯接口相连接，进行相互通讯；键盘及 显示单片机分别与键盘处理电路和数码管及LED显示回路相连接，进行相互通讯；位置变 送器与主令控制器内的模拟量输入回路相连接；交直流双重电源回路与交流和直流两路电 源相连接。其中通讯接口采用RS232或者RS485串行异步接口，用于与外部智能设备进行 通讯；交直流双重电源回路有AC220V和DC220V双路供电输入，消耗电流：0. 5A。
[0026] 本实用新型的主要工作过程为：水轮机导叶接力器处的位置变送器，其输出信号 反映导叶开度大小，信号接到主令控制器的模拟量输入回路，经过电压电流变换、滤波处 理、模拟数字转换后，进入主控单片机，主控单片机将对导叶数字信号进行分析、换算和处 理，得到实际导叶开度值，通过键盘及显示单片机处理，依靠外部键盘和数码管及LED显示 回路进行显示，并将导叶位置信号换算成相应的继电器组动作(或复归）值，上报监控系统， 从而完成导叶主令控制器的基本功能。
[0027] 如图3所示，本实用新型的模拟量输入电路有两路通道，两路通道均由依次相连 的电流电压变换电路，输入电压反向电路，电压增益调整电路由，二阶有源滤波电路，二级 管钳位保护电路组成，具体的，通道1的电流电压变换电路通过电阻R37实现，输入电压反 向电路由运放U18-A，电阻R23和电阻R21组成，电压增益调整电路由电位器W1，电阻R25 和运放U18-B组成，同时，运放U18-A和电容C5,运放U18-B和电容C6构成二阶有源滤波电 路，二级管钳位保护电路由二极管D1和二极管D2组成；通道2的电流电压变换电路通过电 阻R38实现，输入电压反向电路由运放U19-A，电阻R31和电阻R29组成，电压增益调整电 路由电位器W2,电阻R33和运放U19-B组成，同时，运放U19-A和电容C7,运放U19-B和电 容C8构成二阶有源滤波电路，二级管钳位保护电路由二极管D3和二极管D4组成；模拟量 输入电路主要用于4~20mA电流或(T10V电压信号输入，电流输入时，需要短接联片JP1或 JP2,模拟信号经过处理后，进入12位AD模数转换芯片ΜΑΧ186 (U22)进行采集，再送人与 AD模数转换芯片ΜΑΧ186相连接的主控单片机。
[0028] 如图4所示，主控单片机设有DA数模转换芯片TLC5620,模拟量输出回路与DA数 模转换芯片TLC5620相连接，DA数模转换芯片TLC5620 (U21)将单片机输出的导叶开度数 字信息转换成两路模拟电压量，两路通道均由电压电流转换电路和电流调整电路组成，其 中，通道1的电压电流转换电路由运放U20-A和三极管Τ1组成，将电压信号转换成电流信 号，再通过电位器W3调整不同负载情况下的电流输出；通道2的电压电流转换电路由运放 U20-B和三极管Τ2组成，将电压信号转换成电流信号，再通过电位器W4调整不同负载情况 下的电流输出。
[0029] 如图5所示，主控单片机设有78Ε58Β芯片，继电器接点开关输出回路与78Ε58Β 芯片的10 口相连接，继电器接点开关输出回路有10路导叶位置继电器通道和1路报警继 电器通道，10路导叶位置继电器通道均由光电耦合器和输出继电器组成，继电器的输出端 接入计算机监控系统。主控单片机78Ε58Β (U1)芯片的10 口（Ρ0、Ρ1)直接产生数字信号 (RELAYURELAY2…….RELAY10,图5中只表示了继电器1到5,其余相同)，控制光电耦合器 U7, U8…..U16的通断，从而控制输出继电器1到输出继电器10的动作和复归。主控单片 机再将导叶位置信号换算成相应的继电器组动作(或复归）值或者报警信号，上报给监控系 统，从而完成导叶主令控制器的基本功能。
[0030] 如图6所示，本实用新型的导叶主令控制器上电后，主控单片机首先进行单片机 内部寄存器、时钟、10 口的初始化，以及判断内部存储的设置参数是否合理，若没问题，则进 行导叶开度模拟量数模转换、采样、数据滤波、换算、合理有效范围判断，若数据处理正常， 则进行测量值与设置值比较，驱动导叶位置继电器和指示灯动作或复归；若数据异常，则驱 动报警继电器动作和指示。
[0031] 如图7所示，本实用新型的导叶主令控制器上电后，键盘及显示单片机首先进行 单片机内部寄存器、时钟、10 口的初始化，以及内部存储的设置参数是否合理，然后检查与 主控单片机之间的数据通讯，若正常则显示初始化默认信息（导叶开度)，接着检查是否有 设置键按下，有则进入设置流程，通过增加、减少、确认键来输入参数并存储，接着检查是否 有切换键按下，有则显示信息在行程、AD采样值、百分值之间切换，若与主控单片机通讯异 常，则显示通讯故障并报警。
[0032] 本实用新型通过主辅双单片机协同工作，即主单片机负责数据采样，存储，处理， 输出动作结果；辅助单片机负责数码管显示、LED灯指示、键盘输入等，两单片机之间通过 串口通讯来交换数据，完成参数设置、显示切换、信息查询等协同工作。
[0033] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，其特征在于，由位置变送 器和主令控制器组成，所述位置变送器安装在水轮机导叶接力器处，用于产生导叶接力器 位置信号，所述位置变送器与主令控制器相连接，所述主令控制器接入计算机监控系统；所 述主令控制器主要由主控单片机、键盘及显示单片机、交直流双重电源回路、模拟量输入回 路、模拟量输出回路、通讯接口、继电器接点开关输出回路、键盘处理电路、数码管及LED显 示回路组成；所述主控单片机分别与键盘及显示单片机，继电器接点开关输出回路，模拟量 输入回路，模拟量输出回路和通讯接口相连接，进行相互通讯；所述键盘及显示单片机分别 与键盘处理电路和数码管及LED显示回路相连接，进行相互通讯；所述位置变送器与主令 控制器内的模拟量输入回路相连接；所述交直流双重电源回路与交流和直流两路电源相连 接。
2. 根据权利要求1所述的一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，其 特征在于，所述位置变送器可采用拉线式位置变送器或者磁致伸缩式位置变送器。
3. 根据权利要求1所述的一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，其 特征在于，所述通讯接口采用RS232或者RS485串行异步接口，用于与外部智能设备进行通 讯。
4. 根据权利要求1所述的一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器， 其特征在于，所述模拟量输入回路有两路通道，所述两路通道均由依次相连的电流电压变 换电路，输入电压反向电路，电压增益调整电路，二阶有源滤波电路，二级管钳位保护电路 组成，所述两路通道的输出端与AD模数转换芯片MAX186相连接，所述AD模数转换芯片 MAX186接入主控单片机。
5. 根据权利要求4所述的一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，其 特征在于，所述主控单片机设有DA数模转换芯片TLC5620,所述模拟量输出回路与DA数模 转换芯片TLC5620相连接，所述模拟量输出回路有两路通道，所述两路通道均由相互连接 的电压电流转换电路和电流调整电路组成。
6. 根据权利要求1所述的一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，其 特征在于，所述主控单片机设有78E58B芯片，继电器接点开关输出回路与78E58B芯片的10 口相连接，所述继电器接点开关输出回路有10路导叶位置继电器通道和1路报警继电器通 道，所述10路导叶位置继电器通道均由相互连接的光电耦合器和输出继电器组成，所述继 电器的输出端均接入计算机监控系统。
7. 根据权利要求1所述的一种采用单片微机和电气反馈的电子式导叶主令控制器，其 特征在于，所述键盘处理电路包括设置按键，切换按键，增加键，减少键和确认键5种按键 输入电路。
【文档编号】F03B15/00GK203847320SQ201320690330
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】蔡卫江, 赵雪飞, 冯启文, 余纪伟, 谢传萍, 陈晓勇, 徐松, 刘健, 徐进, 孙永宾, 童颙 申请人:南京南瑞集团公司, 国网电力科学研究院, 国家电网公司