一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，屬于智能監(jiān)控領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)是水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的重要標(biāo)志之一。準(zhǔn)確地測(cè)量機(jī)組的轉(zhuǎn)速并根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化及時(shí)地進(jìn)行各種必要的控制操作，以保證水輪發(fā)電機(jī)組正常、安全運(yùn)行，是該監(jiān)控裝置應(yīng)完成的功能。

目前，國(guó)內(nèi)水電站使用的大多是永磁發(fā)電機(jī)加電壓繼電器式、機(jī)械式等舊式轉(zhuǎn)速信號(hào)器，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)量精度低、工作可靠性差等缺點(diǎn)。

在水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)作為機(jī)組控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于防止機(jī)組出現(xiàn)飛翼事故照成重大的損害，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)事故停機(jī)或者甩負(fù)荷時(shí)，如果出現(xiàn)調(diào)速器故障拒動(dòng)或者導(dǎo)葉關(guān)閉速度過(guò)慢等情況，就需要開(kāi)啟事故匹配壓閥直接關(guān)閉導(dǎo)葉。國(guó)內(nèi)外水電站曾多次出現(xiàn)機(jī)組過(guò)速、飛翼照成的重大事故，因此提高水電機(jī)組過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。實(shí)時(shí)檢測(cè)水輪發(fā)電機(jī)組的速度尤其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)背景技術(shù)的不足提供了一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端、云服務(wù)器終端、監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端與云服務(wù)器終端連接，所述云服務(wù)器終端與監(jiān)控終端連接，所述數(shù)據(jù)采集終端包含光源發(fā)射器、光電傳感器、整形放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、DSP模塊、射頻發(fā)射器和電源模塊，所述轉(zhuǎn)速傳感器包含光源發(fā)射器、光電傳感器，在水輪的轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有60個(gè)感光孔，所述光源發(fā)射器和光電傳感器分別設(shè)置在感光孔的兩側(cè)，所述光電傳感器依次通過(guò)整形放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、DSP模塊連接射頻發(fā)射器，所述電源模塊分別與光源發(fā)射器、光電傳感器、整形放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、DSP模塊和射頻發(fā)射器連接，所述電源模塊包括太陽(yáng)能光板、升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器、比較器，所述太陽(yáng)能光板通過(guò)依次連接的升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器連接傳感器節(jié)點(diǎn)，用于提供傳感器節(jié)點(diǎn)所需電能，所述比較器與蓄電池連接，用于檢測(cè)蓄電池的電能。

作為本實(shí)用新型一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述云服務(wù)器終端包含微控制器模塊以及與其連接的數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘模塊。

作為本實(shí)用新型一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述監(jiān)控終端包含主控器以及與其連接的無(wú)線(xiàn)通訊模塊和顯示模塊。

作為本實(shí)用新型一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用FLEX10K系列CPLD芯片。

作為本實(shí)用新型一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述光電傳感器的芯片型號(hào)為E3X-NA11。

本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且能夠精確地測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；簡(jiǎn)化了硬件電路，降低了產(chǎn)品成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性；

2、本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集終端采用太陽(yáng)能供電，并且能夠?qū)崟r(shí)分析電池電壓狀態(tài)，達(dá)到智能化的對(duì)電池進(jìn)行充電，有效地延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集終端的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集終端電源模塊結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)采集終端、云服務(wù)器終端、監(jiān)控終端，所述數(shù)據(jù)采集終端與云服務(wù)器終端連接，所述云服務(wù)器終端與監(jiān)控終端連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且能夠精確地測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；簡(jiǎn)化了硬件電路，降低了產(chǎn)品成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性；

如圖2所示，本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集終端的結(jié)構(gòu)原理圖：所述數(shù)據(jù)采集終端包含光源發(fā)射器、光電傳感器、整形放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、DSP模塊、射頻發(fā)射器和電源模塊，所述轉(zhuǎn)速傳感器包含光源發(fā)射器、光電傳感器，在水輪的轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有60個(gè)感光孔，所述光源發(fā)射器和光電傳感器分別設(shè)置在感光孔的兩側(cè)，所述光電傳感器依次通過(guò)整形放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、DSP模塊連接射頻發(fā)射器，所述電源模塊分別與光源發(fā)射器、光電傳感器、整形放大電路、數(shù)據(jù)處理模塊、DSP模塊和射頻發(fā)射器連接，所述光源發(fā)射器將光信號(hào)垂直照射到轉(zhuǎn)盤(pán)上，通過(guò)感光孔輸出光信號(hào)，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出脈沖進(jìn)而通過(guò)脈沖整形放大電路傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊得出水輪實(shí)際轉(zhuǎn)速；根據(jù)n=fp/m得出水輪轉(zhuǎn)速；其中，n為轉(zhuǎn)速， fp為輸出脈沖， m為感光孔數(shù)量。其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用FLEX10K系列CPLD芯片。

如圖3所示，所述電源模塊包括太陽(yáng)能光板、升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器、比較器，所述太陽(yáng)能光板通過(guò)依次連接的升壓電路、蓄電池、穩(wěn)壓器連接傳感器節(jié)點(diǎn)，用于提供傳感器節(jié)點(diǎn)所需電能，所述比較器與蓄電池連接，用于檢測(cè)蓄電池的電能。2、本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集終端采用太陽(yáng)能供電，并且能夠?qū)崟r(shí)分析電池電壓狀態(tài)，達(dá)到智能化的對(duì)電池進(jìn)行充電，有效地延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

所述云服務(wù)器終端包含微控制器模塊以及與其連接的數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘模塊，本實(shí)用新型監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu)原理圖：所述監(jiān)控終端包含主控器以及與其連接的無(wú)線(xiàn)通訊模塊和顯示模塊。

作為本實(shí)用新型一種基于光電傳感器的水輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述光電傳感器的芯片型號(hào)為E3X-NA11。

本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)速傳感器采用光電式脈沖編碼器，與待測(cè)發(fā)電機(jī)主軸同軸相連。傳感器上均勻分布有60個(gè)感光孔，使轉(zhuǎn)速為n的水輪發(fā)電機(jī)，每分鐘有60n個(gè)脈沖輸出，即每秒有n個(gè)脈沖，故可以通過(guò)對(duì)傳感器的輸出脈沖頻率fp的測(cè)量得到水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值n。

工作時(shí)，首先光源發(fā)射器將光信號(hào)垂直照射到轉(zhuǎn)盤(pán)上，通過(guò)感光孔輸出光信號(hào)，光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出脈沖fp,進(jìn)而通過(guò)整形放大電路傳輸至微控制器模塊計(jì)算，進(jìn)而微控制器根據(jù)n=fp/m得出水輪轉(zhuǎn)速；其中，n為轉(zhuǎn)速， fp為輸出脈沖， m為感光孔數(shù)量；通過(guò)公式可計(jì)算出水輪轉(zhuǎn)速，微控制模塊根據(jù)計(jì)算出的水輪轉(zhuǎn)速判斷分析當(dāng)前轉(zhuǎn)速是否在正常范圍內(nèi)，若超過(guò)正常轉(zhuǎn)速，則驅(qū)動(dòng)報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)。

本實(shí)用新型所述的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)是采用CPLD及少量的接口器件構(gòu)成的，系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)描述采用VHDL。由于采用的CPLD芯片能夠高密度、高速度、高性能地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。具有設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

FLEX10K系列器件是嵌入式PLD產(chǎn)品，每個(gè)FLEX10K器件包含一個(gè)嵌入式陣列和一個(gè)邏輯陣列。嵌入式陣列由一些嵌入式陣列塊組成，用于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能。邏輯陣列由邏輯陣列塊組成，用于實(shí)現(xiàn)通用邏輯。FLEX10K器件采用可重構(gòu)的CNOSSRAM單元，其結(jié)構(gòu)集成了實(shí)現(xiàn)通用多功能門(mén)陣列所需的全部特征，器件容量可達(dá)1萬(wàn)～25萬(wàn)門(mén)。具有功耗低、互連方式靈活、支持多電壓I/O接口等特點(diǎn)，能夠高密度、高速度、高性能地將整個(gè)系統(tǒng)集成于單個(gè)器件中。

由于水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響發(fā)電系統(tǒng)正常、安全地工作，因此需相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路和控制電路來(lái)保障其工作速度在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速的設(shè)定值可根據(jù)實(shí)際機(jī)組的需要從CPLD的I/O功能引腳預(yù)置輸入，應(yīng)用VHDL語(yǔ)言描述，將CPLD測(cè)得的轉(zhuǎn)速值與預(yù)置值比較，超限即送出信號(hào)到控制繼電器組，使相應(yīng)的繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警電路和控制電路工作。

綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)且能夠精確地測(cè)量水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；簡(jiǎn)化了硬件電路，降低了產(chǎn)品成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性；本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集終端采用太陽(yáng)能供電，并且能夠?qū)崟r(shí)分析電池電壓狀態(tài)，達(dá)到智能化的對(duì)電池進(jìn)行充電，有效地延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

顯然，本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型所作的舉例，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。