基于CPLD的燃气涡轮发电机组励磁检测系统的制作方法

基于cpld的燃气涡轮发电机组励磁检测系统
技术领域
1.本发明涉及燃气涡轮发电机技术领域，具体涉及一种基于cpld的燃气涡轮发电机组励磁检测系统。


背景技术：

2.该型号燃气涡轮发电机组是某部队野外作战的独立发电机组，其励磁检测部分是决定燃气涡轮发电机组是否继续正常启机工作的关键环节。在对系统内部检测与外部输入的励磁、频率、电压、电阻以及相序等信号检测的过程中，通过内部逻辑关系间的检测，输出机组的工作状况，通过所输出的工作状态，保护调节或警示故障，从而实现燃气涡轮发电机组供电系统有效运行。
3.而现有的燃气涡轮发电机组检测系统是通过大量的基本逻辑器件实现的，逻辑器件数量多，占用控制板空间大，并且在出现逻辑故障时，具有故障点难于排查，故障点难于维修，故障点修复率低等问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，将微型可编程逻辑器件cpld运用在励磁检测系统中，用一块电路板替代将原易存在问题隐患的通过软连接的两块电路板，并将所有的逻辑关系集成在一块可编程逻辑器件cpld内，降低了逻辑器件的故障率，并且可视化的可编程逻辑器件cpld易于发现故障、易于维修，可有效的实现修复率的提升。
5.本发明所采用的技术方案是基于cpld的燃气涡轮发电机组励磁检测系统，包括硬件检测电路、cpld可编程逻辑电路及电源电压转换电路，所述的cpld可编程逻辑电路接收硬件检测电路电信号及外电路指令，通过cpld可编程逻辑器件内部运算输出燃气涡轮发电机组励磁检测系统状态，所述的电源电压转换电路用于硬件检测电路和cpld可编程逻辑电路信号间的电源电压转换，所述的cpld可编程逻辑电路包括控制保护逻辑单元、内部自检逻辑单元及诊断逻辑单元；所述的控制保护逻辑单元可通过检测到的信号间的逻辑关系控制相应指令的通断，所述的内部自检逻辑单元用于在每接收到发电机激磁接通信号的4秒钟内，自动检查逻辑电路的工作状态，根据检测结果输出相应信号至相应逻辑电路，所述的诊断逻辑单元用于诊断是否存在故障单元，通过逻辑量间的综合关系判定输出状态。
6.优选的，所述的硬件检测电路的工作电压为5v，所述的cpld可编程逻辑电路信号的工作电压为3.3v，通过所述的电源电压转换电路，将电源电压由5v向3.3v以及3.3v向5v的双向工作电压转换。
7.优选的，所述的电源电压转换电路选用sn74lvc16t245dgg芯片，每一片芯片可实现16路双向转换。
8.优选的，所述的cpld可编程逻辑电路选用芯片altera epm570t100i3，共有70路io通道。
9.优选的，所述的cpld可编程逻辑电路包括计数器逻辑单元、触发逻辑单元和延时
逻辑单元，所述的计数器逻辑单元由jkff触发器与基础逻辑门通过逻辑关系组成16进制加法计数器；所述的触发逻辑单元由dff触发器和基础逻辑门通过逻辑关系构成双上升沿d触发器。
10.本发明的有益效果是：本发明除运用高精度集成的cpld可编程逻辑器件故障率低外，还具有如下优点：体积小。将数量多的基本逻辑芯片用一块高精度集成的cpld可编程逻辑器件替代，缩小了控制板体积，将原有通过两块软连接才能实现的控制板缩小至一块控制板，既节省了空间又减少了因软连接出现的故障率。易维修。基于cpld的燃气涡轮发电机组励磁检测系统除硬件检测电路器件外，逻辑器件及相关器件数量少，易于查找故障点，cpld可编程逻辑器件可实现可视化显示，可在线检测分析输出状态，易于分析判断故障点，便于提高维修率。易更改。逻辑器件关系都是集成在cpld可编程逻辑器件内，cpld可编程逻辑器件可反复擦写，不论是因为逻辑错误还是新增减功能需要更改的，都可轻松实现。
附图说明
11.图1为基于cpld的燃气涡轮发电机组励磁检测系统图。
12.图2为内部自检逻辑单元自检流程图。
具体实施方式
13.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
14.图1是基于cpld的燃气涡轮发电机组励磁检测系统原理图，通过原理图可以看出，当发电机400hz、800hz和24v直流电源启动后,硬件检测电路电信号及外电路的励磁接通指令、保护屏蔽指令、故障清除指令及负载接通指令，通过cpld可编程逻辑器件内部逻辑运算，一部分反馈回硬件检测电路，一部分则输出燃气涡轮发电机组励磁检测系统状态。
15.硬件检测电路包括绝缘电阻检测电路、相序检测电路、频率检测：f/v转换电路、频率检测：信号比较电路、过载检测电路、励磁检测电路及电压检测和频率补偿电路。这些检测电路主要检测燃气涡轮发电机组励磁检测系统的电压、频率、电阻、相序等参数变化，这些硬件检测电路和cpld可编程逻辑电路数据是相互通信的，cpld可编程逻辑电路会将接收到的信号反馈到硬件检测电路，并输出相应工作状态。
16.电源电压转换电路选用sn74lvc16t245dgg芯片，每一片芯片可实现16路双向转换。硬件检测电路的工作电压为5v,而cpld可编程逻辑电路信号的工作电压为3.3v，因两个电路的工作电压不一致，无法直接进行传输.cpld可编程逻辑电路输入参数需要由5v向3.3v转换，cpld可编程逻辑电路输出参数需要由3.3v向5v转换，本发明cpld可编程逻辑电路输入20路，cpld可编程逻辑电路输出16路。该电路使得硬件检测电路和cpld可编程逻辑电路间可以很好的进行通讯。
17.cpld可编程逻辑电路选用芯片altera epm570t100i3，共有70路io通道，丰富满足cpld可编程逻辑电路与外界通讯和内部测试。cpld可编程逻辑电路内含控制保护逻辑单元、内部自检逻辑单元及诊断逻辑单元。在燃气涡轮发电机组励磁检测系统的电压、频率、
电阻、相序等输入到cpld可编程逻辑电路外的信号，还设有中间运算环节的测量器检查信用，判定信号是否符合标准，是否可以进入下一环节；诊断装置用于诊断相位和电压信号是否反映正确等中间环节。
18.控制保护逻辑单元可通过检测到的信号间的逻辑关系判断激磁接通指令、电路接通负载准备指令、接触器接通指令和故障指令等逻辑指令的通断，根据不同的指令，相应信号间的逻辑关系共同决定指令的状态，起到对燃气涡轮发电机组励磁检测系统的控制保护功能。
19.其中激磁接通指令是由发电机激磁接通指令、频率信号比较、保护闭锁、测量器检查信号、故障信号间的逻辑关系判定的。
20.电路接通负载准备指令是由内部自检和激磁接通指令三者间的关系共同决定的。
21.接触器接通指令是由负载基础器接通信号、电路接通负载准备、激磁接通指令和零信号指令间的逻辑关系决定的。
22.故障指令是由零信号指令、故障清除指令、激磁接通指令、频率比较信号、电压信号、绝缘电阻信号、过载检测信号间的逻辑关系决定的。
23.内部自检逻辑单元功能是为了保证在每接收到发电机激磁接通信号的4秒钟内，能够自动检查逻辑电路的工作状态是否正常，只有在4秒钟内没有出现任何异常的情况下，接通电源或接收到保护闭锁信号，准备信号和负载接通指令信号才会发送。在发送准备信号和负载接通指令信号后，不再检查电压电平以及其他保护功能是否工作。如未接收到保护闭锁信号，则继续进行内部自检，在2秒时间内检查测量器信号是否符合标准，并输出相应信号至相应逻辑电路，控制其逻辑电路是否启动工作。
24.诊断逻辑单元功能则是燃气涡轮发电机组励磁检测系统中cpld最后的输出单元，用于诊断是否存在导致旋转频率下降的导线故障、导致旋转频率升高的导线故障、发电机馈线区内故障、绝缘电阻下降故障和调保组合故障。他们是由发电机电压、频率、直流电压源以及负载接通指令、发电机励磁接通指令、故障清除指令、保护闭锁等电信号通过控制保护和内部自检后到达诊断单元，进行逻辑运算后得到的输出状态。
25.cpld可编程逻辑电路中为了实现上述功能逻辑间的关系，除了运用基本的与非门外，还需要运用触发功能、技术功能及延时功能才能实现，因此根据逻辑功能的实际情况设计了计数器逻辑单元、触发逻辑单元和延时逻辑单元，延时逻辑单元的使用可降低因波形抖动等因素而产生的误动作，从而减少因误动作造成的燃气涡轮发电机组停机故障。
26.计数器逻辑单元是选择由jkff触发器与基础逻辑门通过逻辑关系组成16进制加法计数器；触发逻辑单元选用dff触发器和基础逻辑门通过逻辑关系构成双上升沿d触发器；在逻辑电路中的延时单元因不能采用简单的rc电路，故设计了运用上述设计的计数器、d触发器和基础逻辑器件搭建的精准延时逻辑单元，通过上面设计的计数器逻辑单元计算精准延时时间后通过基础逻辑门触发d触发器，实现精准延时时间，延时时间的精度是由晶振电路的最小振动周期决定的，而延时时间的长度是通过增减计数器单元的数量所控制的。
27.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变
化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。