專利名稱：便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，系統(tǒng)的容量不斷增加，其安全穩(wěn)定運(yùn)行越來越重要。長期的運(yùn)行經(jīng)驗表明，系統(tǒng)運(yùn)行的安全與否與其運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中的主要設(shè)備，其是否能穩(wěn)定運(yùn)行則成為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。發(fā)電機(jī)的功角不但是反映發(fā)電機(jī)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的一個重要參數(shù)，也是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要標(biāo)志量。通過監(jiān)視功角的變化，為發(fā)電機(jī)在異常、故障及其失穩(wěn)情況下的分析，提供了非常重要的參考依據(jù)。因此，實時的監(jiān)測分析功角的變化對全面地掌握電力系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)對保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、緊急運(yùn)行具有重要的意義。由此，發(fā)電機(jī)的功角是電力系統(tǒng)中的一個十分重要的監(jiān)測量。目前，電力系統(tǒng)中基于GPS的電網(wǎng)運(yùn)行實時監(jiān)測系統(tǒng)的研究已十分廣泛，本發(fā)明不采用 GPS而是通過采用高性能的嵌入式結(jié)構(gòu)在發(fā)電機(jī)試驗過程中實現(xiàn)發(fā)電機(jī)功角的實時計算測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過對發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓、電流、轉(zhuǎn)速、鍵相脈沖等參數(shù)測量、計算分析實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)功角的實時監(jiān)測與分析的便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，機(jī)箱內(nèi)部分隔為左部和右部，機(jī)箱左部的機(jī)箱前面板上由左至右安裝外部傳感器接線端子，以太網(wǎng)外部接口，機(jī)箱內(nèi)左部安裝以虛擬儀器實時技術(shù)為核心，由實時控制器、板卡插槽機(jī)箱、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、計數(shù)器模塊組成控制器系統(tǒng)，所有模塊通過外部傳感器接線端子與外部相連，內(nèi)部與可編程門陣列FPGA直接互連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計算和控制操作，實時控制器的電源輸入端口與線性電源的輸出端子相連，實時控制器上的以太網(wǎng)口 II與機(jī)箱上的以太網(wǎng)接口相連后進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展或者外接筆記本，實時控制器上的以太網(wǎng)口I與機(jī)箱右部前面板上安裝的觸摸式工業(yè)平板電腦通過以太網(wǎng)總線相連并進(jìn)行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸，機(jī)箱內(nèi)部所有引線的屏蔽層與機(jī)箱接地端子相連，機(jī)箱內(nèi)右部后背板上安裝外部供電電源插座和電源開關(guān)，外部供電電源插座與線性電源相連，為整個系統(tǒng)供電。本發(fā)明構(gòu)成中采用的可編程控制器系統(tǒng)以虛擬儀器實時技術(shù)為核心，由一個實時控制器、內(nèi)置可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片的堅固機(jī)箱和嵌入式模擬量輸入模塊、計數(shù)器模塊插入板卡插槽機(jī)箱中組合而成。實時控制器包含一個工業(yè)級處理器，能夠可靠而準(zhǔn)確地執(zhí)行LabVIEW實時應(yīng)用程序，并可提供多速率控制、進(jìn)程執(zhí)行跟蹤、板載數(shù)據(jù)存儲以及與外部設(shè)備通訊等功能。內(nèi)嵌可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片的可重配置機(jī)箱是嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的核心。機(jī)箱中的可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片直接和每個輸入輸出模塊相連，可高速訪問I/O電路并靈活實現(xiàn)定時、觸發(fā)和同步等功能。因為每個輸入輸出模塊直連可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片，而非通過總線，所以與其他工業(yè)控制器相比，本系統(tǒng)所選控制器幾乎沒有控制系統(tǒng)的響應(yīng)延遲，默認(rèn)情況下，該可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片自動與I/O模塊通信，并提供確定性I/O給實時處理器，由于邏輯被編譯到了物理硬件設(shè)計上。這樣物理硬件就變成了一個非常可靠的硬件芯片，在可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片上運(yùn)行的LabVIEW FPGA代碼是非?？煽康?，將實時處理器與可編程的FPGA結(jié)合，這樣就可以創(chuàng)建一個能夠利用各個計算平臺優(yōu)勢的系統(tǒng)。實時處理器擅長浮點(diǎn)計算、分析以及外部通信，F(xiàn)PGA擅長處理需要超高速邏輯運(yùn)算和精確計時的小型任務(wù)，這種結(jié)構(gòu)很適合需要復(fù)雜運(yùn)算、分析和準(zhǔn)確定時的功角測量、計算與分析，本可編程控制器系統(tǒng)為高性能測控應(yīng)用及高可靠性需求而設(shè)計的 堅固型嵌入式控制器封裝小巧堅固，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，因此適合各種惡劣工業(yè)環(huán)境，由此構(gòu)成的便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，可實現(xiàn)實時高速采集、計算、分析，良好的抗干擾性，小巧的結(jié)構(gòu)，使其適合各種工業(yè)環(huán)境且適于便攜式使用，因此可在任何工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)功角的實時監(jiān)測分析。本發(fā)明中采用觸摸式工業(yè)平板電腦通過以太網(wǎng)總線控制可編程控制器系統(tǒng)，實現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓、三相電流、轉(zhuǎn)速、鍵相脈沖等信號的高速采集、處理與分析，實現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)功角的直接、可靠和準(zhǔn)確實時的測量，本發(fā)明構(gòu)成中采用的可編程控制器系統(tǒng)以虛擬儀器實時技術(shù)為核心，由一個實時控制器、內(nèi)置可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片的堅固機(jī)箱和嵌入式模擬量輸入模塊、計數(shù)器模塊插入板卡插槽機(jī)箱中組合而成，。實時控制器包含一個工業(yè)級處理器，能夠可靠而準(zhǔn)確地執(zhí)行LabVIEW實時應(yīng)用程序，并可提供多速率控制、進(jìn)程執(zhí)行跟蹤、板載數(shù)據(jù)存儲以及與外部設(shè)備通訊等功能，內(nèi)嵌可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片的可重配置機(jī)箱是嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的核心，機(jī)箱中的可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片直接和每個輸入輸出模塊相連，可高速訪問I/O電路并靈活實現(xiàn)定時、觸發(fā)和同步等功能。因為每個輸入輸出模塊直連可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片，而非通過總線，所以與其他工業(yè)控制器相比，本系統(tǒng)所選控制器幾乎沒有控制系統(tǒng)的響應(yīng)延遲。默認(rèn)情況下，該可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片自動與I/O模塊通信，并提供確定性I/O給實時處理器，由于邏輯被編譯到了物理硬件設(shè)計上，這樣物理硬件就變成了一個非常可靠的硬件芯片，在可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片上運(yùn)行的LabVIEW FPGA代碼是非?？煽康?。將實時處理器與可編程的FPGA結(jié)合，這樣就可以創(chuàng)建一個能夠利用各個計算平臺優(yōu)勢的系統(tǒng)，實時處理器擅長浮點(diǎn)計算、分析以及外部通信，F(xiàn)PGA擅長處理需要超高速邏輯運(yùn)算和精確計時的小型任務(wù)。這種結(jié)構(gòu)很適合需要復(fù)雜運(yùn)算、分析和準(zhǔn)確定時的功角測量、計算與分析。本可編程控制器系統(tǒng)為高性能測控應(yīng)用及高可靠性需求而設(shè)計的堅固型嵌入式控制器封裝小巧堅固，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，因此適合各種惡劣工業(yè)環(huán)境，由此構(gòu)成的便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，可實現(xiàn)實時高速采集、計算、分析，良好的抗干擾性，小巧的結(jié)構(gòu)，使其適合各種工業(yè)環(huán)境且適于便攜式使用，因此可在任何工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)功角的實時監(jiān)測分析。本發(fā)明構(gòu)成中采用觸摸式工業(yè)平板電腦通過以太網(wǎng)總線控制可編程控制器系統(tǒng)，實現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓、三相電流、轉(zhuǎn)速、鍵相脈沖等信號的實時高速采集、計算與分析，實現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)功角的直接、可靠和準(zhǔn)確實時的測量分析。本發(fā)明采用堅固的可重置和精確定時的嵌入式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，因此適合各種惡劣工業(yè)環(huán)境，由此構(gòu)成的便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，可實現(xiàn)實時高速采集、計算、分析，使其適合在各種工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)功角的實時監(jiān)測分析。實現(xiàn)了國內(nèi)外眾多電站、試驗場所所用的大體積的柜式功角監(jiān)測儀的功能，相比較而言，良好的抗干擾性，小巧的結(jié)構(gòu)，使其方便攜帶可在任何惡劣工業(yè)環(huán)境中使用，尤其適用于同步發(fā)電機(jī)的試驗中。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明電路連接原理圖
具體實施例方式如圖I所示的一種便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，機(jī)箱16內(nèi)部分隔 為兩部分左部和右部，機(jī)箱左部的機(jī)箱前面板上由左至右安裝外部傳感器接線端子10，以太網(wǎng)外部接口 11，機(jī)箱16內(nèi)左部安裝以虛擬儀器實時技術(shù)為核心，具有可重配置的可編程門陣列FPGA的高性能嵌入式高速數(shù)據(jù)采集和記錄分析的可編程控制器系統(tǒng)?？删幊炭刂破飨到y(tǒng)包括實時控制器5，板卡插槽機(jī)箱18，模擬量輸入模塊6、模擬量輸入模塊7、模擬量輸入模塊8、計數(shù)器模塊9，實時控制器5，實時控制器型號NI CRIO 9024，采用這種實時控制器構(gòu)建的系統(tǒng)循環(huán)周期抖動在微妙級，因此系統(tǒng)確定性、可靠性高，板卡插槽機(jī)箱18，板卡插槽機(jī)箱型號NI9114的插槽中依次安裝模擬量輸入模塊6，模擬量輸入模塊型號NI9225 ;模擬量輸入模塊7，模擬量輸入模塊型號NI9227 ;模擬量輸入模塊8，模擬量輸入模塊型號NI9221 ;計數(shù)器模塊9，計數(shù)器模塊型號NI9423，模塊與可重配置的可編程門陣列FPGA直接互連，可進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)采集、計算和控制操作。實時控制器5的電源輸入端口 13與線性電源I的輸出端子2相連。實時控制器5上的以太網(wǎng)口 1114與機(jī)箱上的以太網(wǎng)接口 11相連。實時控制器5上的以太網(wǎng)口 115與機(jī)箱右部前面板上安裝的觸摸式工業(yè)平板電腦12，觸摸式工業(yè)平板電腦型號；NI TPC2212的以太網(wǎng)口相連，通過以太網(wǎng)總線相連并通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸，機(jī)箱內(nèi)部所有接線的屏蔽端與機(jī)箱接地端子17相連，機(jī)箱內(nèi)右部后背板上安裝外部供電電源插座4和電源開關(guān)3，外部供電電源插座4與線性電源I相連,為整個系統(tǒng)供電。本發(fā)明將朝陽線性電源I固定在機(jī)箱16內(nèi)部右部底板上，外部電源接線端4，朝陽線性電源I和外部電源接線端4通過引線相連由外部電源為整個系統(tǒng)供電；通過電源引線將朝陽線性電源輸出端2分別連接到實時控制器5，實時控制器5型號NI CRIO 9024供電的電源輸入端13和觸摸式工業(yè)平板電腦12，觸摸式工業(yè)平板電腦12的型號；NI TPC2212上的電源接口，實時控制器5與板卡插槽機(jī)箱18，板卡插槽機(jī)箱18型號NI9114組合連接，并安裝固定在機(jī)箱左部底板上，采用這種結(jié)構(gòu)的可編程控制器系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速實時采集與分析，板卡插槽機(jī)箱型號NI9114的插槽中依次安裝模擬量輸入模塊6，模擬量輸入模塊型號NI9225 ;模擬量輸入模塊7，模擬量輸入模塊型號NI9227 ;模擬量輸入模塊8，模擬量輸入模塊型號NI9221 ;計數(shù)器模塊9，計數(shù)器模塊型號NI9423，模塊上端子通過外部傳感器接線端子10與外接傳感器相連，內(nèi)部與可編程門陣列FPGA直接互連與可重配置的可編程門陣列FPGA直接互連，可進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)采集、計算和控制操作。實時控制器5的電源輸入端口 13與線性電源I的輸出端子2相連。實時控制器5上的以太網(wǎng)口 1114與機(jī)箱上的以太網(wǎng)接口 11相連。實時控制器5上的以太網(wǎng)口 115與機(jī)箱右部前面板上安裝的觸摸式工業(yè)平板電腦12，觸摸式工業(yè)平板電腦型號；NI TPC 2212的以太網(wǎng)口相連，通過以太網(wǎng)總線相連并通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸。機(jī)箱內(nèi)部所有引線的屏蔽層與機(jī)箱接地端子17相連。機(jī)箱內(nèi)右部后背板上安裝外部供電電源插座4和電源開關(guān)3，外部供電 電源插座4與線性電源I相連，為整個系統(tǒng)供電，可編程控制器系統(tǒng)通過對機(jī)端三相電壓、三相電流，以及轉(zhuǎn)速和鍵相脈沖等的參數(shù)的采集、處理與分析，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)功角的實時監(jiān)測與分析。
權(quán)利要求
1. 一種便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，其特征是機(jī)箱(16)內(nèi)部分隔為左部和右部，機(jī)箱左部的機(jī)箱前面板上由左至右安裝外部傳感器接線端子(10)、以太網(wǎng)外部接口(11)，機(jī)箱(16) 內(nèi)左部安裝以虛擬儀器實時技術(shù)為核心，由實時控制器(5)、板卡插槽機(jī)箱(18 )、模擬量輸入模塊(6 )、模擬量輸入模塊(7)、模擬量輸入模塊(8 )、計數(shù)器模塊(9 )組成的控制器系統(tǒng)，所有模塊通過外部傳感器接線端子(10)與外部相連，內(nèi)部與可編程門陣列FPGA直接互連進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計算和控制操作，實時控制器(5)的電源輸入端口( 13)與線性電源(I)的輸出端子(2)相連，實時控制器(5)上的以太網(wǎng)口 II (14)與機(jī)箱上的以太網(wǎng)接口(11)相連后進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展或者外接筆記本，實時控制器(5)上的以太網(wǎng)口 I (15)與機(jī)箱右部前面板上安裝的觸摸式工業(yè)平板電腦(12)通過以太網(wǎng)總線相連并進(jìn)行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸，機(jī)箱內(nèi)部所有引線的屏蔽層與機(jī)箱接地端子(17)相連，機(jī)箱內(nèi)右部后背板上安裝外部供電電源插座(4)和電源開關(guān)(3)，外部供電電源插座(4)與線性電源(I)相連，為整個系統(tǒng)供電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，本發(fā)明構(gòu)成中采用觸摸式工業(yè)平板電腦通過以太網(wǎng)總線控制可編程控制器系統(tǒng)，實現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓、三相電流、轉(zhuǎn)速、鍵相脈沖等信號的實時高速采集、計算與分析，實現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)功角的直接、可靠和準(zhǔn)確實時的測量分析。本發(fā)明采用堅固的可重置和精確定時的嵌入式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，因此適合各種惡劣工業(yè)環(huán)境，由此構(gòu)成的便攜式同步發(fā)電機(jī)試驗用功角監(jiān)測分析儀，可實現(xiàn)實時高速采集、計算、分析，使其適合在各種工業(yè)環(huán)境中實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)功角的實時監(jiān)測分析。
文檔編號G01R31/34GK102967830SQ20121046105
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者梁彬, 劉瑩, 胡麗杰, 韓波, 王洪泉, 高尚, 畢純輝, 孫鐸, 韓卿洋 申請人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司