汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)分析論文

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1汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)概述

汽輪機(jī)熱工監(jiān)視和保護(hù)系統(tǒng)以及由其所組成的信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)，是保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。隨著機(jī)組容量的增大，汽輪機(jī)安全監(jiān)視和保護(hù)就顯得更加重要，同時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的安全監(jiān)視和保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設(shè)計(jì)的保護(hù)系統(tǒng)大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，可靠性較差，維護(hù)量較大。汽輪機(jī)振動(dòng)及監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)是為了監(jiān)視汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主軸和軸承的振動(dòng)狀況及大軸彎曲而設(shè)計(jì)的，它由振動(dòng)監(jiān)視組件，速度監(jiān)視組件和偏心監(jiān)視組件三部分組成，每個(gè)部分可由用戶(hù)的需要提供若干組件，以完成用戶(hù)需要監(jiān)視的測(cè)點(diǎn)。其中監(jiān)視振動(dòng)組件和偏心監(jiān)視組件配渦流傳感器，用來(lái)監(jiān)視主軸的振動(dòng)狀況，渦流傳感器的輸出信號(hào)大小為－4—-20V，它是一個(gè)含有直流分量的交流信號(hào)，速度監(jiān)視組件配電磁式傳感器，用來(lái)監(jiān)視軸瓦的振動(dòng)情況。

2汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)視組件

振動(dòng)監(jiān)視組件是以單片機(jī)為核心研制的，為了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行有效的處理，要求所選用的CPU速度快，集成度高，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，根據(jù)目前世界上在線控制發(fā)展的趨勢(shì)和市場(chǎng)上提供的產(chǎn)品，監(jiān)視組件選用8098單片機(jī)。8098單片機(jī)為準(zhǔn)16位單片機(jī)，外接芯片簡(jiǎn)單，具有16位處理速度，典型指令的執(zhí)行時(shí)間為2μs，它的主要特性：十六位中央處理器；具有高效的指令系統(tǒng)；集成了采樣保持器和四路十位A/D轉(zhuǎn)換器；具有高速輸入口HSI，高速輸出口HSO和脈寬調(diào)制輸出PWM；具有監(jiān)視定時(shí)器，可以在產(chǎn)生軟硬件故障時(shí)，使系統(tǒng)復(fù)位，恢復(fù)CPU工作。監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟分為：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)。它是指根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的功能要求和技術(shù)特性，反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)思，綜合考慮硬件和軟件的特點(diǎn)，原則：能用軟件實(shí)現(xiàn)的就不用硬件，但值得一提的是軟件會(huì)占用CPU的時(shí)間。為了縮短研制周期，盡可能利用熟悉的機(jī)型或利用現(xiàn)有的資料進(jìn)行改進(jìn)和移值，并采用可利用的軟硬件資源，然后根據(jù)系統(tǒng)的要求增加所需要的功能，在完全滿(mǎn)足系統(tǒng)功能的同時(shí)，為提高系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，還必須充分考慮到系統(tǒng)的抗干擾能力。

3汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

主要是指單片機(jī)的選擇和功能擴(kuò)展，傳感器的選擇，I/O口的選擇，通道的配置，人機(jī)對(duì)話(huà)設(shè)備的配置。振動(dòng)監(jiān)視組件由三個(gè)相互聯(lián)系的部分組成，分別是顯示板模塊，主板模塊，繼電器板模塊。矢量監(jiān)視組件原理圖如下：

模擬通道設(shè)計(jì)：

8098內(nèi)有一個(gè)脈沖寬度調(diào)置器PWM可用來(lái)完成數(shù)字信號(hào)至模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。我們將PWM用于產(chǎn)生鍵相輸入比較電路的界限電壓。同時(shí)8098單片機(jī)的HSO也可以軟件編程構(gòu)成脈沖調(diào)寬輸出，我們利用HSO.0、HSO.1構(gòu)成兩路脈沖調(diào)寬輸出,用于通頻振幅及1信頻振幅模擬量輸出.脈沖調(diào)寬輸出信號(hào)TTL電平的調(diào)制脈沖,經(jīng)CD4053緩沖電平變換.使信號(hào)振幅變?yōu)?－5V，再經(jīng)過(guò)RC濾波，得到直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)一級(jí)同相跟隨，實(shí)現(xiàn)阻抗變換，得到要求的0－2.5V或1－5V的直流電壓信號(hào)輸出，其輸出阻抗R0=0.電壓信號(hào)經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換，便可得到0－10mA或4－20mA電流輸出。

顯示接口：

顯示接口采用8279芯片，可直接與8098單片機(jī)相連，其工作方式可通過(guò)編程設(shè)定。接口電路采用了通用的可編程鍵盤(pán)，顯示器接口器件8279，它是鍵盤(pán)顯示控件的專(zhuān)用器件，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單方便，其工作方式可通過(guò)編程設(shè)置。8279的監(jiān)測(cè)輸入線RL0－RL7工作再選通輸入方式，可輸入8個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，以選擇該系統(tǒng)的工作方式。

I/O通道擴(kuò)展：

8098單片機(jī)本身只有32根I/O線，其中16根作為系統(tǒng)地址、數(shù)據(jù)總線，8根HIS/HSO線，4根模擬量輸入線，還有4根多功能線，可用作TXD、RXD以及外中斷輸入、脈寬調(diào)制輸出，這些I/O口各有用途，監(jiān)視組件為了進(jìn)行參數(shù)設(shè)定及響應(yīng)系統(tǒng)監(jiān)視組件信號(hào)，必須進(jìn)行I/O功能擴(kuò)展。當(dāng)單片機(jī)提供的I/O接口不夠用時(shí)，需要擴(kuò)展I/O接口以實(shí)現(xiàn)TSI功能。8098有四個(gè)端口即p0、p2、p3、p4，共32根I/O線，監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，p0一部分作為模擬量輸入線；p2一部分作為串行口，另有一部分作為脈沖寬度調(diào)制輸出；p3作為數(shù)據(jù)總線和地址總線低八位復(fù)用；p4的一部分提供地址總線的高八位。I/O通道擴(kuò)展電路：一種以8155作為外圍接口，另一種以8255作為外圍接口。外圍接口主要有8155，8255，8279，EPROM選用的是2764，掉電保護(hù)用的是EPROM2864。8155和8255是作為普通的輸入和輸出口使用的，它們主要用于設(shè)定開(kāi)關(guān)狀態(tài)的輸入及報(bào)警狀態(tài)的輸出。8279是顯示接口，用來(lái)控制顯示器的顯示，監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)顯示部分采用的是由128根發(fā)光二極管組成的兩根光柱，每根光柱對(duì)應(yīng)一根通道。8279的回掃線RL0－RL7用作選通輸入方式。

4汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

主要是應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件時(shí)，必須考慮到單片機(jī)的指令系統(tǒng)和軟件功能，并與硬件統(tǒng)籌考慮。單片機(jī)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，其軟件設(shè)計(jì)不可能相對(duì)于硬件而獨(dú)立，其軟件總要與硬件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)要求的功能。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)總體方案一經(jīng)審定，硬件系統(tǒng)設(shè)定基本定型，大量的工作將是軟件系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試。振動(dòng)監(jiān)視組件軟件的設(shè)計(jì)采用模塊編程法，模塊法的優(yōu)點(diǎn)是把一個(gè)較為復(fù)雜的程序化為編制和裝配幾個(gè)比較簡(jiǎn)單的程序，使程序設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)。由于塊與塊之間具有一定的獨(dú)立性，如果其程序模塊需要修改或變動(dòng)時(shí)，將只影響模塊內(nèi)部程序，而對(duì)其它程序模塊的影響很小，或基本沒(méi)影響就很方便，它主要由下面幾個(gè)部分組成：標(biāo)準(zhǔn)的自檢程序模塊；采樣以及通道計(jì)算程序模塊；設(shè)定值調(diào)整程序模塊，報(bào)警程序模塊。

自檢程序模塊：該模塊檢查系統(tǒng)的電源電壓是否正常，系統(tǒng)將以故障碼的形式提示用戶(hù)：系統(tǒng)電源出現(xiàn)故障，并指出哪一路電源處于故障狀態(tài)。系統(tǒng)得自檢功能由上電自檢，循環(huán)自檢和用戶(hù)請(qǐng)求自檢三部分組成。在自檢過(guò)程中，系統(tǒng)解除所有形式的保護(hù)。如果自檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障，那么監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)一直處于自檢狀態(tài)，直至用戶(hù)排除了故障為止。

采樣及通道值計(jì)算程序模塊：本程序模塊首先對(duì)監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)處于的狀態(tài)進(jìn)行判斷，這些狀態(tài)是指監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)是否處于通道旁路和危險(xiǎn)旁路，如果監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)某一通道處于旁路狀態(tài)，那么解除繼電器報(bào)警，系統(tǒng)正常燈熄，旁路燈亮，同時(shí)通道指示值為0。如果監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)某一通道沒(méi)有被旁路，則啟動(dòng)該通道的A/D轉(zhuǎn)換，隨后將采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，計(jì)算得到通道值。模擬量輸出通道輸出代表該通道值的標(biāo)準(zhǔn)電流值0－10mA.DC或4－20mA.DC。

設(shè)定值調(diào)整程序模塊：設(shè)定值包括警告設(shè)定值和危險(xiǎn)設(shè)定值兩個(gè)，它存放在EPROM2864中，即使斷電，存放在其中的值也不會(huì)丟失，顯示面板上的“警告”或“危險(xiǎn)”鍵按下，棒狀光柱上將顯示警告或危險(xiǎn)設(shè)定值，如果要對(duì)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，還需要按下主線路板上的設(shè)定開(kāi)關(guān)，再按下面板上的“警告”或“危險(xiǎn)”鍵，最好按下系統(tǒng)監(jiān)視面板上的“?”或“?”，即可對(duì)設(shè)定值調(diào)整。在軟件中，當(dāng)設(shè)置點(diǎn)調(diào)整后，AF標(biāo)志置零，程序根據(jù)AF標(biāo)志判斷是否需要將條調(diào)整值重新寫(xiě)入2864。

報(bào)警程序模塊：如果兩通道的測(cè)量值之差即差值超過(guò)警告或危險(xiǎn)設(shè)定值，那么監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)將處于警告或危險(xiǎn)狀態(tài)，這時(shí)顯示面板上的警告或危險(xiǎn)報(bào)警燈亮，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)警告或危險(xiǎn)繼電器，如果處于危險(xiǎn)旁路狀態(tài)，那么僅僅是兩個(gè)通道的危險(xiǎn)燈亮而危險(xiǎn)繼電器則不動(dòng)作。如果監(jiān)視組件處于通電抑制狀態(tài)，那么將解除所有形式的報(bào)警。

顯示程序模塊：顯示程序模塊執(zhí)行顯示雙通道的測(cè)量值、報(bào)警值以及四種故障代碼。在8098內(nèi)部RAM中，開(kāi)設(shè)一個(gè)具有16個(gè)寄存器單元緩沖區(qū)，如80H-8FH。將緩沖區(qū)對(duì)半分成兩部分，每一部分的寄存單元寄存一個(gè)通道的顯示代碼。將顯示代碼送到8279的顯示緩沖區(qū)，8279可以自動(dòng)掃描顯示。

中斷程序模塊：T1的溢出周期作為輸出脈沖信號(hào)的寬度，改變HSO高低電平的觸發(fā)時(shí)間就可以改變方波的占空比，從而改變輸出電流大小。

“大型汽輪發(fā)電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)分析與故障診斷軟件系統(tǒng)”在仿真機(jī)上運(yùn)行，能對(duì)仿真機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視，也能通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)際機(jī)組的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)實(shí)際運(yùn)行機(jī)組工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析等。

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摘要：隨著我國(guó)電力工業(yè)科技進(jìn)步和電力體制改革的變化，發(fā)電企業(yè)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)提出了新的要求;現(xiàn)行的設(shè)備檢修體制已阻礙了電力生產(chǎn)企業(yè)效益的進(jìn)一步提高，采用先進(jìn)的檢修體制已勢(shì)在必行。提出了一套完整的汽輪發(fā)電機(jī)組的在線保護(hù)方法（TSI）系統(tǒng)，進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；監(jiān)測(cè)；保護(hù)系統(tǒng)