論汽輪機監測保護系統的監視組件及其軟硬件設計

【摘 要】隨著我國電力工業科技的迅猛發展，發電企業對汽輪發電機組狀態監測和故障診斷技術提出了更高的要求，采用先進的檢修體制已經勢在必行。本文提出了一套完整的汽輪發電機組的在線保護方法（TSI）系統，并進行了相應的軟硬件設計。

【關鍵詞】汽輪機；監測保護；軟件設計；硬件設計

一、汽輪機監測保護系統監視組件

振動監視組件是以單片機為核心研制的，為了對輸入信號進行有效的處理，要求所選用的CPU速度快，集成度高，指令系統簡單，根據目前世界上在線控制發展的趨勢和市場上提供的產品，監視組件選用8098單片機。8098單片機為準16位單片機，外接芯片簡單，具有16位處理速度，典型指令的執行時間為2μs，它的主要特性：十六位中央處理器；具有高效的指令系統；集成了采樣保持器和四路十位A/D轉換器；具有高速輸入口HSI，高速輸出口HSO和脈寬調制輸出PWM；具有監視定時器，可以在產生軟硬件故障時，使系統復位，恢復CPU工作。監視保護系統的設計方法和步驟分為：系統總體設計，硬件設計，軟件設計。為了縮短研制周期，盡可能利用熟悉的機型或利用現有的資料進行改進和移值，并采用可利用的軟硬件資源，然后根據系統的要求增加所需要的功能，在完全滿足系統功能的同時，為提高系統工作的可靠性和穩定性，還必須充分考慮到系統的抗干擾能力。

二、汽輪機監測保護系統的軟件設計

主要是應用軟件的設計。振動監視組件軟件的設計采用模塊編程法，模塊法的優點是把一個較為復雜的程序化為編制和裝配幾個比較簡單的程序，使程序設計容易實現。由于塊與塊之間具有一定的獨立性，如果其程序模塊需要修改或變動時，將只影響模塊內部程序，而對其它程序模塊的影響很小，或基本沒影響就很方便，它主要由下面幾個部分組成：標準的自檢程序模塊；采樣以及通道計算程序模塊；設定值調整程序模塊，報警程序模塊。（1）自檢程序模塊。該模塊檢查系統的電源電壓是否正常，系統將以故障碼的形式提示用戶：系統電源出現故障，并指出哪一路電源處于故障狀態。系統得自檢功能由上電自檢，循環自檢和用戶請求自檢三部分組成。在自檢過程中，系統解除所有形式的保護。如果自檢過程中發現故障，那么監視保護系統一直處于自檢狀態，直至用戶排除了故障為止。（2）采樣及通道值計算程序模塊：本程序模塊首先對監視保護系統處于的狀態進行判斷，這些狀態是指監視保護系統是否處于通道旁路和危險旁路，如果監視保護系統某一通道處于旁路狀態，那么解除繼電器報警，系統正常燈熄，旁路燈亮，同時通道指示值為0。（3）報警程序模塊：如果兩通道的測量值之差即差值超過警告或危險設定值，那么監視保護系統將處于警告或危險狀態，這時顯示面板上的警告或危險報警燈亮，同時將驅動警告或危險繼電器，如果處于危險旁路狀態，那么僅僅是兩個通道的危險燈亮而危險繼電器則不動作。如果監視組件處于通電抑制狀態，那么將解除所有形式的報警。

三、汽輪機監測保護系統的硬件設計

主要是指單片機的選擇和功能擴展，傳感器的選擇，I/O口的選擇，通道的配置，人機對話設備的配置。振動監視組件由三個相互聯系的部分組成，分別是顯示板模塊，主板模塊，繼電器板模塊。8098內有一個脈沖寬度調置器PWM可用來完成數字信號至模擬信號的轉換。我們將PWM用于產生鍵相輸入比較電路的界限電壓。同時8098單片機的HSO也可以軟件編程構成脈沖調寬輸出，我們利用HSO.0、HSO.1構成兩路脈沖調寬輸出，用于通頻振幅及1信頻振幅模擬量輸出，脈沖調寬輸出信號TTL電平的調制脈沖，經CD4053緩沖電平變換，使信號振幅變為0～5V，再經過RC濾波，得到直流電壓信號，再經過一級同相跟隨，實現阻抗變換，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V/I轉換，便可得到0～10mA或4～20mA電流輸出。8098 單片機本身只有32根I/O線，其中16根作為系統地址、數據總線，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、脈寬調制輸出，這些I/O口各有用途，監視組件為了進行參數設定及響應系統監視組件信號，必須進行I/O功能擴展。當單片機提供的I/O接口不夠用時，需要擴展I/O接口以實現TSI功能。8098有四個端口即p0、p2、p3、p4，共32根I/O線，監視保護系統設計時，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制輸出；p3作為數據總線和地址總線低八位復用；p4的一部分提供地址總線的高八位。I/O通道擴展電路：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

[1]劉峻華．汽輪機故障診斷技術的發展與展望[J]．汽輪機技術．2004（12）

[2]劉澤龍．改造常規汽輪機電站聯合循環熱力學分析[J]．工程熱物理學報．2001