論汽輪機(jī)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)視組件及其軟硬件設(shè)計(jì)

【摘 要】隨著我國電力工業(yè)科技的迅猛發(fā)展，發(fā)電企業(yè)對汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)提出了更高的要求，采用先進(jìn)的檢修體制已經(jīng)勢在必行。本文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)，并進(jìn)行了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；監(jiān)測保護(hù)；軟件設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)

一、汽輪機(jī)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)視組件

振動監(jiān)視組件是以單片機(jī)為核心研制的，為了對輸入信號進(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)簡單，根據(jù)目前世界上在線控制發(fā)展的趨勢和市場上提供的產(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)。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。

二、汽輪機(jī)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

主要是應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。振動監(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時(shí)，將只影響模塊內(nèi)部程序，而對其它程序模塊的影響很小，或基本沒影響就很方便，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。（1）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：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)自檢和用戶請求自檢三部分組成。在自檢過程中，系統(tǒng)解除所有形式的保護(hù)。如果自檢過程中發(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)，直至用戶排除了故障為止。（2）采樣及通道值計(jì)算程序模塊：本程序模塊首先對監(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。（3）報(bào)警程序模塊：如果兩通道的測量值之差即差值超過警告或危險(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。

三、汽輪機(jī)監(jiān)測保護(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)對話設(shè)備的配置。振動監(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。8098內(nèi)有一個(gè)脈沖寬度調(diào)置器PWM可用來完成數(shù)字信號至模擬信號的轉(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TTL電平的調(diào)制脈沖，經(jīng)CD4053緩沖電平變換，使信號振幅變?yōu)?～5V，再經(jīng)過RC濾波，得到直流電壓信號，再經(jīng)過一級同相跟隨，實(shí)現(xiàn)阻抗變換，得到要求的0～2.5V或1～5V的直流電壓信號輸出，其輸出阻抗R0=0，電壓信號經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換，便可得到0～10mA或4～20mA電流輸出。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，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。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉峻華．汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展望[J]．汽輪機(jī)技術(shù)．2004（12）

[2]劉澤龍．改造常規(guī)汽輪機(jī)電站聯(lián)合循環(huán)熱力學(xué)分析[J]．工程熱物理學(xué)報(bào)．2001