专利名称：发电机电气量测量及故障录波装置的制作方法
技术领域：
本发明属发电机技术领域，具体涉及一种发电机电气量测量及故障录波装置。
背景技术：
目前，国内水电厂计算机监控系统的自动化程度已达到较高的水平。远方控制、流 程控制、自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、电网调度自动化等重要功能已形成，但 是监控系统的主要功能还是基于监视控制，以控制为主的监控系统已不能满足现代电力系 统安全稳定上的要求，在电测量及非电测量数据采集方面仍需进一步完善，比如数据采集 的速率不够、实时性较低、缺少一些重要数据的采集和数据记录功能等。数据采集的实时性 是现代自动控制系统一个非常重要的指标，在电力系统中的暂态过程要求数据采集系统的 实时性是非常高的，采样速率也非常高，并且要求能够记录暂态过程的大部分过程，只有这 样才能对设备的故障及不正常状态的分析提供重要依据，为解决电气设备存在的问题提供 手段。在国内的发电机故障录波器大多是由单板机和自行开发的软件组成，即只能设计 专用装置实现故障录波，这类装置存在的问题是硬件插件多，发生故障的几率较高，而且 通用性、可靠性和可维护性都没有标准化的可编程自动化控制器好，但若采用通常的可编 程自动化控制器，其速度都不能满足发电机故障录波需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、数据采集速率高、实时性好、工作 可靠、测量功能强的发电机电气量测量及故障录波装置。解决上述问题的技术方案是，本发明设有1、一个或多个前端信号�？椋糜诮邮蘸痛硐嘤Υ衅鞑杉姆⒌缁缙坎� 量信号，并送到对应的高速数据采集及故障分析装置，以作为后续存储和分析的信号；2、与各前端信号模块对应的高速数据采集及故障分析装置，该装置设有与前端信 号�？槎杂Φ哪Ｄ馐莶杉ǎ敲拦鶲T公司制作的16位100K同步模拟量采集�？椋糜诓� 集前端信号�？樗屠吹哪Ｄ庑藕牛换蚴质莶杉ǎ敲拦鶲T公司制作的9403的高速数据采集卡，用于采集前端 信号�？樗屠吹目亓渴中藕牛籉PGA�？椋敲拦鶱I公司制作的3M门FPGA�？�9104，用于控制对应的模拟数据 采集卡或数字数据采集卡，并对其送来的信号进行计算处理；实时处理器，是美国NI公司制作的CompactRIO系列实时嵌入式控制器9102，用于 利用VXW0RKS操作系统控制对应的FPGA�？椋⒍云渌屠吹男藕沤惺凳贝恚�3、存储及监控服务器，是工业控制计算机，通过以太网与各实时处理器连接，用于 监视、存储各前端信号�？椴杉姆⒌缁凳钡缙坎问藕牛⒋娲⒑�/或显示发电机暂态和稳态录波数据。为提高录波装置的可靠性和测量功能，本发明是选择美国国家仪器(Ni)公司推 出CompactRIO系列可编程自动化控制器(PAC)和美国国家仪器的Labview虚拟仪器技术 进行设计研制的，本系统能与各种软硬件连接，提供强大的数据处理能力，并将分析结果进 行有效的实时控制。利用虚拟仪器技术，可以使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分 析、存储、共享和显示功能，同时还保证了系统的灵活性，从而可在发电机电气量测量及故 障录波的控制平台上无缝地集成一套完整的应用方案。本装置克服了采用其它可编程自动化控制器速度不能满路发电机故障录波需要 的问题，具有结构简单、速度快、实时性高、工作可靠、测量功能和数据处理功能强、标准化 程度高、易于配置针对发电机的各种传感器，使用灵活方便的优点。
图1、本发明实施例结构示意图
具体实施例方式参见图1，针对在发电机系统设置的每一电气量测量和故障传感器，本系统都设置 了一套对应的前端信号模块和高速数据采集和故障分析装置，各数据采集和故障分析装置 再通过以太网连接到总的工业控制服务器。本系统包含可分别针对多种电气量测量和故障传感器的前端信号�？楹投杂Φ� 高速数据采集和故障分析装置，例如对于测量系统电压的模似量传感器，本系统设置有NI的9215的模拟量前端信号 �？椋糜诮邮蘸痛砀么衅鞑杉哪Ｄ饬啃藕牛⑼ü齈CI总线送到对应的高速数据 采集及故障分析装置，以作为后续存储与分析的信号；对于测量开关量的开关量传感器，本系统设置有NI的9403的数字量前端信号模 块，用于接收和处理该传感器采集的开关量信号，并送到对应的高速数据采集及故障分析 装置，以作为后续存储与分析的信号；分别设置了与各前端信号�？槎杂Φ母咚偈莶杉胺⒌缁收戏治鲎爸茫杂� 模拟量前端信号�？椋米爸蒙栌心Ｄ馐莶杉ǎ捎�16位100K同步模拟量采集�？槭迪侄阅Ｄ饬壳岸诵藕拍� 块发送信号的采集，每周波采样点可达2000点，模拟量前端信号模块通过BNC连接器与模 拟数据采集卡连接；对于数字量前端信号�？椋米爸蒙栌忻拦鶲T公司制作的9403高速数字数据采 集卡，实现对数字量前端信号模块发送开关信号的采集，其动作时间为80微妙，数字量前 端信号�？橥ü鼶Sub接口与该数字数据采集卡连接；各种高速数据采集卡分别通过485接口与对应的FPGA�？榱樱現PGA采用3M门 FPGA�？�9104，实现对对应高速数据采集卡的控制以及对所采集的信号进行计算处理；各FPGA�？榉直鹜ü齈CI总线与对应的实时处理器连接，实时处理器采用美国NI 公司制作的CompactRIO系列实时嵌入式控制器9102，该处理器的主频可达到400MHZ，内嵌 VXffORKS操作系统，用于控制对应的FPGA�？椋⒍云渌屠吹男藕沤惺凳贝恚�
实时处理器采用的CompactRIO嵌入式系统具有工业化的400MHz奔腾级处理器， 该处理器可在保证可靠性和确定性的前提下顺利执行LabVIEW实时程序，通过选用内置的 上千种LabVIEW函数，用户可以建立多线程嵌入式系统来进行实时控制、分析、数据记录与 通信。控制器具有10/100Mb/S以太网口，这样即可利用远程网络服务器面板，自动地发布 嵌入式程序的图形化用户界面，从而可使多个用户进行远程监测和控制。实时处理器还包 含11到30VDC电源输入、用户DIP开关、LED状态指示灯、一个实时时钟、看门狗定时器，具 有高可靠性的特性。本系统采用的LabVIEW FPGA�？椋扌柘日莆沼布杓浦痘騐HDL，就可以自己 定制I/O或控制硬件电路。利用FPGA的图形化编程方式可以由用户自行定制需要的测量 电路，而且这些电路所具有的性能可达到由厂商定义并优化的硬件性能高速数据采集卡采用美国NI公司制作的�？榛腎/O硬件，这类�？榛布砂� 含从数据采集及信号调理、�？榛瞧�、机器视觉、运动控制、仪器控制、分布式I/O到CAN 接口等多种工业通讯产品，这些硬件产品结合灵活的NI LabVIEff图形化编程软件，可以为 测试和设计工作创建完全自定义的测量系统，满足各种灵活独特的应用需求，满足对发电 机全方位的测量测试应用要求。通过以太网与各实时处理器连接的工业计算机存储及监控服务器，用于监视和存 储各前端信号�？椴杉姆⒌缁凳钡缙坎问藕牛⒋娲⒑�/或显示发电机暂态和稳 态录波数据，例如它在记录存储试验数据的过程中，可随着实验数据的变化，直接将生成的 特性曲线实时显示在屏幕上。本系统的技术基础是采用美国国家仪器(Ni)公司推出的Labview虚拟仪器技术， 其中图形化编程软件-LabVIEW软件具有图形化开发环境，它内置信号采集、测量分析 与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，在为用户提供强大功能的同时还保证了 系统灵活性。LabVIEW可将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，使用 户能在自己的平台上无缝地集成一套完整的应用方案；采集LabVIEW软件是一个开放式的开发环境，用户可以将其与任何测量硬件轻松 连接，LabVIEW的交互式测量助手(assistant)、自动代码生成以及可与众多设备简易连接 的功能，使它能够轻易地完成各种数据的采集。分析LabVIEW软件含有超过450个的内置函数，可专门用于从采集到的数据中挖 掘有用的信息，用于分析测量数据及处理信号。显示LabVIEW软件可提供一系列工具用于数据显示、用户界面设计、Web信息发 布、报告生成、数据管理及软件连接。总之，本系统可运用Labview虚拟仪器计技术，使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明 技术方案的保护范围。
权利要求
发电机电气量测量及故障录波装置，其特征在于，设有(1)、一个或多个前端信号�？椋糜诮邮蘸痛硐嘤Υ衅鞑杉姆⒌缁缙坎饬啃藕牛⑺偷蕉杂Φ母咚偈莶杉肮收戏治鲎爸茫宰魑笮娲⒑头治龅男藕牛�(2)、与各前端信号�？槎杂Φ母咚偈莶杉肮收戏治鲎爸茫米爸蒙栌杏肭岸诵藕拍？槎杂Φ哪Ｄ馐莶杉ǎ敲拦鶱I公司制作的16位100K同步模拟量采集�？椋糜诓杉岸诵藕拍？樗屠吹哪Ｄ庑藕牛换蚴质莶杉ǎ敲拦鶱I公司制作的9403的高速数据采集卡，用于采集前端信号�？樗屠吹目亓渴中藕牛籉PGA模块，是美国NI公司制作的3M门FPGA�？�9104，用于控制对应的模拟数据采集卡或数字数据采集卡，并对其送来的信号进行计算处理；实时处理器，是美国NI公司制作的CompactRIO系列实时嵌入式控制器9102，用于利用VXWORKS操作系统控制对应的FPGA�？椋⒍云渌屠吹男藕沤惺凳贝恚�(3)、存储及监控服务器，是工业控制计算机，通过以太网与各实时处理器连接，用于监视、存储各前端信号�？椴杉姆⒌缁凳钡缙坎问藕牛⒋娲⒑�/或显示发电机暂态和稳态录波数据。
2.根据权利要求1所述的发电机电气量测量及故障录波装置，其特征在于，所述的前 端信号�？榘琋I的9215模拟量前端信号�？椋糜诮邮蘸痛砟Ｄ饬看衅鞑杉哪� 拟量信号，模拟量前端信号�？橥ü鼴NC连接器与模拟数据采集卡连接。
3.根据权利要求1所述的发电机电气量测量及故障录波装置，其特征在于，所述的前 端信号�？榘琋I的9403数字量前端信号�？椋糜诮邮蘸痛砜亓看衅鞑杉目� 关量信号，数字量前端信号�？橥ü鼶Sub接口与数字数据采集卡连接。
4.根据权利要求1所述的发电机电气量测量及故障录波装置，其特征在于，各种数据 采集卡分别通过485接口与对应的FPGA�？榱�。
5.根据权利要求1所述的发电机电气量测量及故障录波装置，其特征在于，各FPGA模 块分别通过PCI总线与对应的实时处理器连接。
全文摘要
发电机电气量测量及故障录波装置，设有一个或多个前端信号�？椋糜诮邮蘸痛硐嘤Υ衅鞑杉姆⒌缁绮饬啃藕牛挥敫髑岸诵藕拍？槎杂Φ母咚偈莶杉肮收戏治鲎爸茫米爸蒙栌忻拦鶱I公司制作的16位100K同步模拟量采集�？椋蛎拦鶱I公司制作的9403的高速数据采集卡；是美国NI公司制作的3M门FPGA�？�9104，用于控制和处理对应数据采集卡送来的信号；美国NI公司制作的实时嵌入式控制器9102，用于控制对应的FPGA�？椋⒍云渌屠吹男藕沤惺凳贝恚灰约坝敫魇凳贝砥髁拥墓ひ悼刂萍扑慊娲⒓凹嗫胤衿鳎咀爸镁哂薪峁辜虻�、数据采集速率高、实时性好、工作可靠、测量功能强的优点。
文档编号G01R31/34GK101813753SQ20101017916
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者宋伟新, 王秀霞, 赵启程 申请人:丰满发电厂
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
