一種高調門流量特性在線監測及優化控制器的製作方法

2023-05-31 17:51:16 3

本實用新型涉及一種高調門流量特性在線監測及優化控制器，是一種基於FPGA技術和ARM嵌入式技術實現的一種高調門流量特性在線監測及優化控制器。

背景技術：

火電機組汽輪機大多採用數字式電液控制系統（DEH），高調門是指汽輪機高壓缸進汽調門，調門流量特性是指調門開度與通過調門的蒸汽流量之間的函數關係。如果調門流量特性函數與實際調門流量特性相差較大，在機組變負荷工況下和一次調頻時，往往造成機組負荷變化過大或不足、調門抖動、AGC不能投入、控制過程調節緩慢、電網頻率波動、機組熱效率降低等一系列問題，較弱機組深度調峰能力，嚴重時危害機組運行的安全性。

機組運行後，汽輪機調門一般採用兩種運行方式，分別為單閥控制方式和順序閥控制方式，應用於不同的機組工況下。汽輪機高調門實際流量特性可能存在階躍現象、流量指令與調門開度線性度不好和調門重疊度設置不合理等問題。針對這些問題，傳統解決方案是試驗人員完成高調門流量特性試驗後，從分散控制系統（DCS）伺服器中採集原始高調門流量特性的數據，再將原始數據導入計算機中，經過參數優化仿真試驗，優化DCS調門管理系統中相關的調門函數，例如：單閥流量特性函數、流量比例因子、流量權值係數、流量開度修正函數等，高調門流量特性試驗通常每隔1—2年進行一次，每次試驗時間需要2—3天，甚至更久，現有的技術難以為火電機組提供持續可靠有效的技術服務。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種高調門流量特性在線監測及優化控制器，是一種基於FPGA技術和ARM嵌入式技術實現的一種高調門流量特性在線監測及優化系統。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高調門流量特性在線監測及優化控制器，包括分散控制系統、FPGA開發板和嵌入式開發板，在嵌入式開發板上有微處理器和SD卡槽，嵌入式開發板控制連接所述FPGA開發板，其中，一個設置有多個測量信號輸入接口的傳感器模塊輸出連接隔離變送器，隔離變送器輸出連接一個AD轉換器，AD轉換器輸出連接所述FPGA開發板，所述多個測量信號用於高調門流量特性分析，所述嵌入式開發板設置有UART3串型接口，嵌入式開發板通過UART3串型接口連接所述分散控制系統。

方案進一步是：所述多個測量信號輸入接口至少包括用於測量高調門前後壓力值的壓力傳感器輸入接口和測量高調門開度值的直線位移傳感器輸入接口。

方案進一步是：所述隔離變送器採用型號為T1100L-F的無源隔離變送模塊。

方案進一步是：所述FPGA開發板採用型號為Cyclone IV EP4CE115的 Altera FPGA開發板；所述嵌入式開發板採用型號為OK210開發板。

方案進一步是：所述嵌入式開發板連接有LCD觸摸顯示屏。

本實用新型具有以下優點：

1）實現高調門流量特性數據自動在線採集、實時顯示、自動優化；

2）系統的抗幹擾能力強，運行速度快，數據精度高；

3）具有良好的人機互動界面；

4）FPGA具有重新擦寫的特點，因此系統的可維護性高、可靠性好；

5）S5PV210開發板具有豐富的擴展接口以及支持SD卡脫機一鍵燒寫，有利於系統的升級改造，減少升級改造的成本。

6）改善汽輪機組高調門流量特性，提高火電機組深度調峰能力。

7）本系統具有豐富的I/O接口，可以同時採集多組數據，為高調門流量特性的在線監測及優化提供了支持。

下面結合附圖及具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本實用新型電路邏輯框圖示意圖。

具體實施方式

一種高調門流量特性在線監測及優化控制器，包括分散控制系統9、FPGA開發板4和嵌入式開發板5，在嵌入式開發板上有微處理器和用於插入SD卡7的SD卡槽，嵌入式開發板控制連接所述FPGA開發板，其中，一個設置有多個測量信號輸入接口的傳感器模塊1輸出連接隔離變送器模塊2，隔離變送器模塊輸出連接一個AD轉換器3，AD轉換器輸出連接所述FPGA開發板，所述多個測量信號用於高調門流量特性分析，所述嵌入式開發板設置有UART3串型接口，嵌入式開發板通過UART3串型接口連接所述分散控制系統9；所述嵌入式開發板同時設置有接口連接滑鼠6和觸摸LCD顯示屏8。

實施例中：所述多個測量信號輸入接口至少包括用於測量高調門前後壓力值的壓力傳感器輸入接口和測量高調門開度值的直線位移傳感器輸入接口。

其中：傳感器模塊1，採用壓力傳感器測量高調門前後壓力值，採用直線位移傳感器（LVDT）測量高調門開度值（0-100%），並將非電信號轉化為標準電信號（0-5V、4-20mA）輸出。

隔離變送器模塊2，採用型號為T1100L-F的無源隔離變送模塊，輸入輸出均為標準工業信號（4-20mA）。其目的是提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能，消除電流信號在傳輸過程中遇到的各種各樣幹擾，增強現場採集系統的共模抑制比，保證採集信號的精度。

AD轉換器3，採用美國BB公司出廠的ADS7805轉換器，16位並行輸出的A/D晶片，其轉換速度快，精度高。

FPGA開發板4，採用Altera FPGA開發板，型號為Cyclone IV EP4CE115，具有114480 個邏輯單元，128M的SDRAM、最多可配置528個IO通道以及RS232、USB 2.0、Ethernet等通訊接口。

嵌入式開發板5，採用飛凌嵌入式生產的OK210開發板，OK210開發板以SAMSUNG S5PV210晶片為主處理器，配置512M的DDR2、1GHz主頻、1G SLC NandFlash，具備豐富的人機接口，適用於Android 4.0/2.3/WinCE 6.0/Linux 2.6.35等作業系統。

滑鼠6，作為外設，通過USB HOST2.0接口與嵌入式開發板5相連，實現人機互動。

SD卡7，採用32G三星Micro SDHC卡，通過嵌入式開發板6上的SD卡槽相連，用作高調門流量特性在線監測及優化系統的程序燒寫、數據存儲、啟動等。

LCD液晶屏8，採用飛凌8.0寸LCD電阻屏模塊，型號FIT-LCD8.0R，通過嵌入式開發板6上的通用液晶顯示接口連接，用於顯示用戶操作界面、高調門流量特性曲線和故障報警。

分散控制系統（DCS）9，是電力行業中廣泛應用的，集計算機技術、控制技術、通信技術和顯示技術於一身的計算機控制系統。考慮到火電機組對DCS系統的穩定性和安全性的要求，基於FPGA+S5PV210嵌入式高調門流量特性在線監測及優化系統作為從設備，DCS系統可以在線讀取高調門流量特性在線監測品質及優化後的參數值。二者通過嵌入式開發板6上的UART3串口通訊。

電源模塊10，嵌入式開發板6採用5V直流供電，FPGA開發板4採用5V直流供電，ADS7805轉換器3採用5V直流供電，因此採用電源模塊由嵌入式開發板6配套5V適配器和桌面式 DC 適配器（輸出5V）組成。

高調門流量特性在線監測及優化控制器具體工作原理如下：

步驟1：電源管理模塊10給嵌入式開發板6、FPGA開發板4 以及ADS7805轉換器3上電，啟動高調門流量在線監測及優化系統。

步驟2：傳感器模塊1（包括8個壓力傳感器和4個LVDT）採集汽輪機高壓缸各調門開度值和調門前後壓力值，並且將壓力信號、開度信號轉化為電信號傳輸至隔離變送器模塊2。

步驟3：隔離變送器模塊2具有較強的共模抑制比，將電流信號經隔離、濾波後獲得標準的4-20mA電流信號，作為AD轉換器3的輸入，AD轉換器3由FPGA開發板4供電。AD轉換器3將模擬量信號轉化為數字量信號。

步驟4：FPGA開發板4通過內部時鐘發生器和先進先出雙口緩衝器（FIFO），對AD轉換器3的輸出信號進行高速採集和存儲。

步驟5：嵌入式開發板5中S5PV210處理器，通過指令控制以SPI串行接口方式從FPGA開發板4中的FIFO緩衝器中讀取數據，採用直接內存訪問（DMA）方式，實現高速採集數據。

步驟6：嵌入式開發板5採用Linux 2.6.35系統，基於Qt/Embedded圖形界面開發技術，開發一套高調門流量特性在線監測及優化軟體。通過滑鼠6在LCD液晶屏8上操作軟體，軟體自動在線分析高調門流量特性曲線及其品質，並實時將計算結果顯示在LCD液晶屏8上。軟體通過自動優化調門函數，將優化結果保存在SD卡7中。

步驟7：分散控制系統（DCS）9通過RS232串口與嵌入式開發板5通信，並訪問嵌入式開發板5的內存，讀取調門函數優化結果。