一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，具体包含如下步骤：在水轮周边等间距设置m个感光孔；转速为n的水轮发电机，每分钟有mn个脉冲输出光线通过周期内转动感光孔产生输出脉冲fp，进而测得输出脉冲fb；根据n=fp/m得出水轮转速n；预设水轮转速正常阈值；根据步骤三计算出的水轮转速n与预设正常阈值进行对比分析；若水轮转速n高于正常阈值，则通过报警单元发出警报，同时通过转速显示单元实时显示转速。本发明方法简单、测量精度高、抗干扰能力强；能够精确地测量水轮发电机的转速；通过精确地测量转速，有效地避免了过速带来的危害。
【专利说明】一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，属于监控领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]例如申请号为“201220703479.1”的一种水轮发电机组机械过速保护装置，包括转速检测器、配重、转速脱扣器、抱箍，转速检测器通过抱箍固定安装在机组主轴上随机组主轴转动，且在转速检测器的圆周对称位置安装配重保持平衡；转速脱扣器安装在机组主轴旁且与转速检测器留有间距；机组事故配压阀连接转速脱扣器，且在接收到电信号、液压信号或者电信号和液压信号后均会启动关机操作程序。该实用新型的有益效果是反应灵敏，只要转速脱扣器输出电信号、或者液压信号、或者电信号和液压信号两种信号都能驱动事故配压阀关机，从而启动关机操作程序，防止机组事故的发生。该实用新型虽然解决了水轮发电组转速测量，通过转速测量有效地进行过速保护，但是在测速精度方面有待进一步提升。
[0006]又如申请号为“201310276592.5”一种水轮发电机过速保护电路及其控制方法，该水轮发电机过速保护电路包括安装于水轮发电机上的η台转速测量仪、过速检测装置和过速执行装置，η台转速测量仪与过速检测装置相连，过速检测装置与过速执行装置相连，过速检测装置接收η台转速测量仪的检测信号，当有m台转速测量仪检测到水轮发电机转速超速时，过速检测装置向过速执行装置输出过速信号，调节水轮发电机转速，η为大于2的正整数，m为大于2且小于η的正整数。该发明避免过速执行装置单一的根据机组转速是否大于115%*Ne而运动，避免转速信号异常造成过速保护误动或拒动。同时，通过设立主配据动条件，避免主配拒动信号不正确而导致过速保护误动。该发明虽然解决了水轮发电组转速测量，通过转速测量有效地进行过速保护，但是在测速精度方面有待进一步提升。
【发明内容】
[0007]本发明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输出脉冲频率的水轮过速控制方法，其结构简单、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。
[0008]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，具体包含如下步骤:
步骤一，在水轮的转盘上等间距设置m个感光孔；采用光源垂直照射至转盘上；
步骤二，预设水轮转速正常阈值；
步骤三，采用光电式脉冲编码器采集通过感光孔输出的光信号，并对该光信号进行脉冲整形得到输出脉冲信号；
步骤四，根据n=fp/m计算得出水轮转速,其中，η为转速，fp为输出脉冲；
步骤五，根据步骤四计算出的水轮转速η与预设水轮转速正常阈值进行对比分析；若水轮转速η高于正常阈值，则发出警报，进而调节水轮转速至正常速度，同时实时显示实际转速。
[0009]作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法的进一步优选方案，所述m 为 60。
[0010]作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法的进一步优选方案，在步骤五中，采用声光报警单元发出警报。
[0011]作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法的进一步优选方案，所述水轮转速正常阈值为3000rpm。
[0012]作为本发明一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法的进一步优选方案，在步骤五中，采用数码管实时显示实际转速。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、方法简单、测量精度高、抗干扰能力强；
2、能够精确地测量水轮发电机的转速；
3、通过精确地测量转速，有效地避免了过速带来的危害；
4、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。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，具体包含如下步骤:
步骤一，在水轮的转盘上等间距设置m个感光孔；采用光源垂直照射至转盘上；
步骤二，预设水轮转速正常阈值；
步骤三，采用光电式脉冲编码器采集通过感光孔输出的光信号，并对该光信号进行脉冲整形得到输出脉冲信号；
步骤四，根据n=fp/m计算得出水轮转速,其中，η为转速，fp为输出脉冲；
步骤五，根据步骤四计算出的水轮转速η与预设水轮转速正常阈值进行对比分析；若水轮转速η高于正常阈值，则发出警报，进而调节水轮转速至正常速度，同时实时显示实际转速。
[0016]其中，η为转速，fp为输出脉冲，m为感光孔数量；
其中，所述m为60，所述微控制模块为FLEX10K系列CPLD芯片，所述水轮转速正常阈值为3000rpm,所述转速显示单元为数码管。
[0017]本发明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η的水轮发电机，每分钟有60η个脉冲输出，即每秒有η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η。
[0018]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,进而通过脉冲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，η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。
[0019]本发明所涉及的控制系统是采用CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)及少量的接口器件构成的，系统的功能结构描述采用VHDL(Very Highspeed IntegratedCircuit Hardware Descript1nLanguage)。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、测量精度闻、抗干扰能力强等特点。
[0020]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CN0SSRAM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I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。
[0021]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。
[0022]本【技术领域】技术人员可以理解的是，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来生成机器，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行的指令创建了用于实现结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方法。
[0023]本【技术领域】技术人员可以理解的是，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
[0024]以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，其特征在于:具体包含如下步骤: 步骤一，在水轮的转盘上等间距设置m个感光孔；采用光源垂直照射至转盘上； 步骤二，预设水轮转速正常阈值； 步骤三，采用光电式脉冲编码器采集通过感光孔输出的光信号，并对该光信号进行脉冲整形得到输出脉冲信号； 步骤四，根据n=fp/m计算得出水轮转速,其中，η为转速，fp为输出脉冲； 步骤五，根据步骤四计算出的水轮转速η与预设水轮转速正常阈值进行对比分析；若水轮转速η高于正常阈值，则发出警报，进而调节水轮转速至正常速度，同时实时显示实际转速。
2.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，其特征在于:所述m为60。
3.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，其特征在于:在步骤五中，采用声光报警单元发出警报。
4.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，其特征在于:所述水轮转速正常阈值为3000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种基于输出脉冲频率的水轮过速控制方法，其特征在于:在步骤五中，采用数码管实时显示实际转速。
【文档编号】G05D13/62GK104391517SQ201410687958
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】朱杰 申请人:无锡科思电子科技有限公司