本實用新型涉及一種高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化控制器，是一種基于FPGA技術(shù)和ARM嵌入式技術(shù)實現(xiàn)的一種高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化控制器。

背景技術(shù)：

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

機組運行后，汽輪機調(diào)門一般采用兩種運行方式，分別為單閥控制方式和順序閥控制方式，應用于不同的機組工況下。汽輪機高調(diào)門實際流量特性可能存在階躍現(xiàn)象、流量指令與調(diào)門開度線性度不好和調(diào)門重疊度設置不合理等問題。針對這些問題，傳統(tǒng)解決方案是試驗人員完成高調(diào)門流量特性試驗后，從分散控制系統(tǒng)（DCS）服務器中采集原始高調(diào)門流量特性的數(shù)據(jù)，再將原始數(shù)據(jù)導入計算機中，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化仿真試驗，優(yōu)化DCS調(diào)門管理系統(tǒng)中相關(guān)的調(diào)門函數(shù)，例如：單閥流量特性函數(shù)、流量比例因子、流量權(quán)值系數(shù)、流量開度修正函數(shù)等，高調(diào)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(xiàn)有的技術(shù)難以為火電機組提供持續(xù)可靠有效的技術(shù)服務。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化控制器，是一種基于FPGA技術(shù)和ARM嵌入式技術(shù)實現(xiàn)的一種高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化系統(tǒng)。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化控制器，包括分散控制系統(tǒng)、FPGA開發(fā)板和嵌入式開發(fā)板，在嵌入式開發(fā)板上有微處理器和SD卡槽，嵌入式開發(fā)板控制連接所述FPGA開發(fā)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(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器輸出連接所述FPGA開發(fā)板，所述多個測量信號用于高調(diào)門流量特性分析，所述嵌入式開發(fā)板設置有UART3串型接口，嵌入式開發(fā)板通過UART3串型接口連接所述分散控制系統(tǒng)。

方案進一步是：所述多個測量信號輸入接口至少包括用于測量高調(diào)門前后壓力值的壓力傳感器輸入接口和測量高調(diào)門開度值的直線位移傳感器輸入接口。

方案進一步是：所述隔離變送器采用型號為T1100L-F的無源隔離變送模塊。

方案進一步是：所述FPGA開發(fā)板采用型號為Cyclone IV EP4CE115的 Altera FPGA開發(fā)板；所述嵌入式開發(fā)板采用型號為OK210開發(fā)板。

方案進一步是：所述嵌入式開發(fā)板連接有LCD觸摸顯示屏。

本實用新型具有以下優(yōu)點：

1）實現(xiàn)高調(diào)門流量特性數(shù)據(jù)自動在線采集、實時顯示、自動優(yōu)化；

2）系統(tǒng)的抗干擾能力強，運行速度快，數(shù)據(jù)精度高；

3）具有良好的人機交互界面；

4）FPGA具有重新擦寫的特點，因此系統(tǒng)的可維護性高、可靠性好；

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

6）改善汽輪機組高調(diào)門流量特性，提高火電機組深度調(diào)峰能力。

7）本系統(tǒng)具有豐富的I/O接口，可以同時采集多組數(shù)據(jù)，為高調(diào)門流量特性的在線監(jiān)測及優(yōu)化提供了支持。

下面結(jié)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(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化控制器，包括分散控制系統(tǒng)9、FPGA開發(fā)板4和嵌入式開發(fā)板5，在嵌入式開發(fā)板上有微處理器和用于插入SD卡7的SD卡槽，嵌入式開發(fā)板控制連接所述FPGA開發(fā)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(zhuǎn)換器3，AD轉(zhuǎn)換器輸出連接所述FPGA開發(fā)板，所述多個測量信號用于高調(diào)門流量特性分析，所述嵌入式開發(fā)板設置有UART3串型接口，嵌入式開發(fā)板通過UART3串型接口連接所述分散控制系統(tǒng)9；所述嵌入式開發(fā)板同時設置有接口連接鼠標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于測量高調(diào)門前后壓力值的壓力傳感器輸入接口和測量高調(diào)門開度值的直線位移傳感器輸入接口。

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

隔離變送器模塊2，采用型號為T1100L-F的無源隔離變送模塊，輸入輸出均為標準工業(yè)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干擾，增強現(xiàn)場采集系統(tǒng)的共模抑制比，保證采集信號的精度。

AD轉(zhuǎn)換器3，采用美國BB公司出廠的ADS7805轉(zhuǎn)換器，16位并行輸出的A/D芯片，其轉(zhuǎn)換速度快，精度高。

FPGA開發(fā)板4，采用Altera FPGA開發(fā)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(fā)板5，采用飛凌嵌入式生產(chǎn)的OK210開發(fā)板，OK210開發(fā)板以SAMSUNG S5PV210芯片為主處理器，配置512M的DDR2、1GHz主頻、1G SLC NandFlash，具備豐富的人機接口，適用于Android 4.0/2.3/WinCE 6.0/Linux 2.6.35等操作系統(tǒng)。

鼠標6，作為外設，通過USB HOST2.0接口與嵌入式開發(fā)板5相連，實現(xiàn)人機交互。

SD卡7，采用32G三星Micro SDHC卡，通過嵌入式開發(fā)板6上的SD卡槽相連，用作高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化系統(tǒng)的程序燒寫、數(shù)據(jù)存儲、啟動等。

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

分散控制系統(tǒng)（DCS）9，是電力行業(yè)中廣泛應用的，集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)于一身的計算機控制系統(tǒng)?？紤]到火電機組對DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性的要求，基于FPGA+S5PV210嵌入式高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化系統(tǒng)作為從設備，DCS系統(tǒng)可以在線讀取高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測品質(zhì)及優(yōu)化后的參數(shù)值。二者通過嵌入式開發(fā)板6上的UART3串口通訊。

電源模塊10，嵌入式開發(fā)板6采用5V直流供電，F(xiàn)PGA開發(fā)板4采用5V直流供電，ADS7805轉(zhuǎn)換器3采用5V直流供電，因此采用電源模塊由嵌入式開發(fā)板6配套5V適配器和桌面式 DC 適配器（輸出5V）組成。

高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)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(fā)板6、FPGA開發(fā)板4 以及ADS7805轉(zhuǎn)換器3上電，啟動高調(diào)門流量在線監(jiān)測及優(yōu)化系統(tǒng)。

步驟2：傳感器模塊1（包括8個壓力傳感器和4個LVDT）采集汽輪機高壓缸各調(diào)門開度值和調(diào)門前后壓力值，并且將壓力信號、開度信號轉(zhuǎn)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(jīng)隔離、濾波后獲得標準的4-20mA電流信號，作為AD轉(zhuǎn)換器3的輸入，AD轉(zhuǎn)換器3由FPGA開發(fā)板4供電。AD轉(zhuǎn)換器3將模擬量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號。

步驟4：FPGA開發(fā)板4通過內(nèi)部時鐘發(fā)生器和先進先出雙口緩沖器（FIFO），對AD轉(zhuǎn)換器3的輸出信號進行高速采集和存儲。

步驟5：嵌入式開發(fā)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(fā)板4中的FIFO緩沖器中讀取數(shù)據(jù)，采用直接內(nèi)存訪問（DMA）方式，實現(xiàn)高速采集數(shù)據(jù)。

步驟6：嵌入式開發(fā)板5采用Linux 2.6.35系統(tǒng)，基于Qt/Embedded圖形界面開發(fā)技術(shù)，開發(fā)一套高調(diào)門流量特性在線監(jiān)測及優(yōu)化軟件。通過鼠標6在LCD液晶屏8上操作軟件，軟件自動在線分析高調(diào)門流量特性曲線及其品質(zhì)，并實時將計算結(jié)果顯示在LCD液晶屏8上。軟件通過自動優(yōu)化調(diào)門函數(shù)，將優(yōu)化結(jié)果保存在SD卡7中。

步驟7：分散控制系統(tǒng)（DCS）9通過RS232串口與嵌入式開發(fā)板5通信，并訪問嵌入式開發(fā)板5的內(nèi)存，讀取調(diào)門函數(shù)優(yōu)化結(jié)果。