一种基于光电传感器的水轮转速监控系统的制作方法

本实用新型涉及一种水轮转速监控系统，尤其涉及一种基于光电传感器的水轮转速监控系统，属于智能监控领域。

背景技术：

转速数据是水轮发电机组运行状况的重要标志之一。准确地测量机组的转速并根据转速的变化及时地进行各种必要的控制操作，以保证水轮发电机组正常、安全运行，是该监控装置应完成的功能。

目前，国内水电站使用的大多是永磁发电机加电压继电器式、机械式等旧式转速信号器，存在结构复杂、测量精度低、工作可靠性差等缺点。

在水轮发电机组控制系统中，过速保护系统作为机组控制系统的重要组成部分，主要用于防止机组出现飞翼事故照成重大的损害，当机组出现事故停机或者甩负荷时，如果出现调速器故障拒动或者导叶关闭速度过慢等情况，就需要开启事故匹配压阀直接关闭导叶。国内外水电站曾多次出现机组过速、飞翼照成的重大事故，因此提高水电机组过速保护系统的可靠性。实时检测水轮发电机组的速度尤其重要。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于光电传感器的水轮转速监控系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于光电传感器的水轮转速监控系统，包含数据采集终端、云服务器终端、监控终端，所述数据采集终端与云服务器终端连接，所述云服务器终端与监控终端连接，所述数据采集终端包含光源发射器、光电传感器、整形放大电路、数据处理模块、DSP模块、射频发射器和电源模块，所述转速传感器包含光源发射器、光电传感器，在水轮的转盘上设有60个感光孔，所述光源发射器和光电传感器分别设置在感光孔的两侧，所述光电传感器依次通过整形放大电路、数据处理模块、DSP模块连接射频发射器，所述电源模块分别与光源发射器、光电传感器、整形放大电路、数据处理模块、DSP模块和射频发射器连接，所述电源模块包括太阳能光板、升压电路、蓄电池、稳压器、比较器，所述太阳能光板通过依次连接的升压电路、蓄电池、稳压器连接传感器节点，用于提供传感器节点所需电能，所述比较器与蓄电池连接，用于检测蓄电池的电能。

作为本实用新型一种基于光电传感器的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述云服务器终端包含微控制器模块以及与其连接的数据传输模块、数据存储模块和时钟模块。

作为本实用新型一种基于光电传感器的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述监控终端包含主控器以及与其连接的无线通讯模块和显示模块。

作为本实用新型一种基于光电传感器的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述数据处理模块采用FLEX10K系列CPLD芯片。

作为本实用新型一种基于光电传感器的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述光电传感器的芯片型号为E3X-NA11。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量水轮发电机的转速；简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性；

2、本实用新型的数据采集终端采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理图；

图2是本实用新型数据采集终端的结构原理图；

图3是本实用新型数据采集终端电源模块结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于光电传感器的水轮转速监控系统，包含数据采集终端、云服务器终端、监控终端，所述数据采集终端与云服务器终端连接，所述云服务器终端与监控终端连接。本实用新型结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量水轮发电机的转速；简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性；

如图2所示，本实用新型数据采集终端的结构原理图：所述数据采集终端包含光源发射器、光电传感器、整形放大电路、数据处理模块、DSP模块、射频发射器和电源模块，所述转速传感器包含光源发射器、光电传感器，在水轮的转盘上设有60个感光孔，所述光源发射器和光电传感器分别设置在感光孔的两侧，所述光电传感器依次通过整形放大电路、数据处理模块、DSP模块连接射频发射器，所述电源模块分别与光源发射器、光电传感器、整形放大电路、数据处理模块、DSP模块和射频发射器连接，所述光源发射器将光信号垂直照射到转盘上，通过感光孔输出光信号，光电传感器将光信号转换成输出脉冲进而通过脉冲整形放大电路传输至数据处理模块得出水轮实际转速；根据n=fp/m得出水轮转速；其中，n为转速， fp为输出脉冲， m为感光孔数量。其中，所述数据处理模块采用FLEX10K系列CPLD芯片。

如图3所示，所述电源模块包括太阳能光板、升压电路、蓄电池、稳压器、比较器，所述太阳能光板通过依次连接的升压电路、蓄电池、稳压器连接传感器节点，用于提供传感器节点所需电能，所述比较器与蓄电池连接，用于检测蓄电池的电能。2、本实用新型的数据采集终端采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了电池的使用寿命。

所述云服务器终端包含微控制器模块以及与其连接的数据传输模块、数据存储模块和时钟模块，本实用新型监控终端的结构原理图：所述监控终端包含主控器以及与其连接的无线通讯模块和显示模块。

作为本实用新型一种基于光电传感器的水轮转速监控系统的进一步优选方案，所述光电传感器的芯片型号为E3X-NA11。

本实用新型的转速传感器采用光电式脉冲编码器，与待测发电机主轴同轴相连。传感器上均匀分布有60个感光孔，使转速为n的水轮发电机，每分钟有60n个脉冲输出，即每秒有n个脉冲，故可以通过对传感器的输出脉冲频率fp的测量得到水轮发电机的转速值n。

工作时，首先光源发射器将光信号垂直照射到转盘上，通过感光孔输出光信号，光电传感器将光信号转换成电信号输出脉冲fp,进而通过整形放大电路传输至微控制器模块计算，进而微控制器根据n=fp/m得出水轮转速；其中，n为转速， fp为输出脉冲， m为感光孔数量；通过公式可计算出水轮转速，微控制模块根据计算出的水轮转速判断分析当前转速是否在正常范围内，若超过正常转速，则驱动报警单元发出警报。

本实用新型所述的水轮发电机组转速监控系统是采用CPLD及少量的接口器件构成的，系统的功能结构描述采用VHDL。由于采用的CPLD芯片能够高密度、高速度、高性能地实现复杂数字系统的设计，使硬件设计大大简化。具有设计硬件结构简单、测量精度高、抗干扰能力强等特点。

FLEX10K系列器件是嵌入式PLD产品，每个FLEX10K器件包含一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列。嵌入式阵列由一些嵌入式阵列块组成，用于实现各种复杂的逻辑功能。逻辑阵列由逻辑阵列块组成，用于实现通用逻辑。FLEX10K器件采用可重构的CNOSSRAM单元，其结构集成了实现通用多功能门阵列所需的全部特征，器件容量可达1万～25万门。具有功耗低、互连方式灵活、支持多电压I/O接口等特点，能够高密度、高速度、高性能地将整个系统集成于单个器件中。

由于水轮发电机组的转速过低或过高都会影响发电系统正常、安全地工作，因此需相应的驱动报警电路和控制电路来保障其工作速度在允许的范围内。转速的设定值可根据实际机组的需要从CPLD的I/O功能引脚预置输入，应用VHDL语言描述，将CPLD测得的转速值与预置值比较，超限即送出信号到控制继电器组，使相应的继电器动作，驱动相应的报警电路和控制电路工作。

综上所述，本实用新型结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量水轮发电机的转速；简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性；本实用新型的数据采集终端采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了电池的使用寿命。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。