角度傳感器在水電廠中的應用探析

劉吉強

摘 要：磁敏非接觸角度傳感器應用于主令開關(guān)，結(jié)合智能儀器儀表很好地完成機組主令開關(guān)的作用。磁敏非接觸角度傳感器與調(diào)速器輸出傳動軸連接，徑相同心，接力器動作同步角度傳感器，能很好地反映機組導葉開度工況。本文就此，探討其可行性與實現(xiàn)方法，拋磚引玉，以利后人。

關(guān)鍵詞：磁敏非接觸角度傳感器；主令位置；實現(xiàn)原理

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A

1.課題背景及研究的意義

伴隨著我國經(jīng)濟和科學技術(shù)的迅速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，電力工業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。電力工業(yè)是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它的安全關(guān)系到國民的各個行業(yè)和部門，確保電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行，是電力行業(yè)的首要任務。電力生產(chǎn)的目的，就是保證向國民經(jīng)濟各行業(yè)和人民生活可靠、安全的提供電能。由此提高設備運行穩(wěn)定性成為電力工作者的首要任務。

為此對主令控制器的數(shù)字式精確定位實現(xiàn)方法進行研究，以期減少故障率，提高運行可靠性，提高運行效率。減少維護量及維護成本。

2.舊系統(tǒng)的實現(xiàn)原理與弊端

2.1 舊系統(tǒng)的實現(xiàn)原理

主令開關(guān)在水力發(fā)電廠應用比較廣泛的一種設備，反映導葉開關(guān)開度具體位置，全關(guān)、空載、全開等，為監(jiān)控及自動裝置的精確控制提供依據(jù)。

現(xiàn)今的中小型水電站大多采用與調(diào)速器同軸的傳動方式傳遞調(diào)節(jié)力矩，而其主令控制器大多是軸端的機械式同軸凸輪機構(gòu)。

2.2 舊有系統(tǒng)弊端

在導葉開關(guān)過程中存在機械行程到位，而主令開關(guān)已提前到位或還沒有到位，且行程位置調(diào)節(jié)困難，每次調(diào)整正確，下次運行過程可能會出現(xiàn)到位或還沒有到位，導致維護人員經(jīng)常手動進行調(diào)整，以適應機組運行。

為改變這種不正確運行方式，我們提出用磁敏非接觸式角度傳感器作為現(xiàn)地安裝測量部件，用測量顯示控制儀作為顯示輸出控制。

3.新系統(tǒng)的實現(xiàn)原理與方法

3.1 新系統(tǒng)的實現(xiàn)原理

3.1.1 角度傳感器（CMJD101型單路向上）：

（1）角度傳感器，顧名思義，是用來檢測角度的。

它的身體中有一個孔，可以配合樂高的軸。若聯(lián)結(jié)到RCX上時，軸每轉(zhuǎn)過1/16圈，角度傳感器就會計數(shù)一次。往一個方向轉(zhuǎn)動時，計數(shù)增加，轉(zhuǎn)動方向改變時，計數(shù)減少。計數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。若初始化角度傳感器時，它的計數(shù)值被設置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復位。

其有效轉(zhuǎn)角范圍0～330°任選，角度精度分辨率優(yōu)于0.1度，輸出電壓范圍0～5V任選，使用溫度范圍-40℃～125℃，環(huán)境濕度小于等于95%，（不結(jié)露）應用領(lǐng)域?qū)挿?；專用芯片，封裝而成一個完整的IC，內(nèi)含磁敏元件、MCU、DSP、溫度補償網(wǎng)絡等。產(chǎn)品線性好、精度高、旋轉(zhuǎn)壽命：≥1000萬次，壽命長、重復性好、質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定；其防潮、防腐蝕性能甚佳。

（2）磁敏角度傳感器的特點

（a）無觸點無摩擦；

（b）高可靠性長壽命；

（c）線性度好分辨率高；

（d）轉(zhuǎn)動力矩??；

（e）頻率響應特性好；

（f）內(nèi)置溫度補償線路；

（g）符合RoHS標準。

3.1.2 測量顯示控制儀（MIC-6B系列）：

（1）儀表特性

（a）6位0.8英寸超高亮紅色數(shù)碼管；

（b）可對非線性輸入信號進行16點折線修正；

（c）24位AD分辨率；

（d）內(nèi)置多種軟件濾波算法；

（e）標準Modbus通信協(xié)議，支持RS232和RS485；

（f）8組設定點（報警）控制輸出*；

（g）4組可編程用戶控制信號輸入*；

（h）4組獨立電流/電壓變送輸出*；

（i）大容量非易失性FLASH數(shù)據(jù)存儲，支持U盤導出*；

（j）實時時鐘/萬年歷*；

（k）主副計量單位切換顯示；

（l）供電85VAC～265VAC或18VDC～32VDC；

（2）關(guān)于EMC防護

儀表設計了較高的電磁防護等級，但在不同使用環(huán)境中，還是要EMC特別注意合適的安裝方法。

（a）儀表須安裝在接地良好的金屬箱柜中。

（b）使用帶有屏蔽層的信號輸入電纜，并將屏蔽層接到儀表輸入公共端上。

（c）如果輸入信號來自另外交流供電的變送器等信號源，請將儀表的供電與之接到同一相位的交流供電線上。

（d）將儀表的輸入輸出信號線纜單獨穿金屬管敷設，并保證金屬管接地良好。勿將儀表的輸入、輸出信號線纜與各種動力線纜并行敷設。盡量遠離交流伺服電機、電磁鐵、可控硅控制器、變頻器、大功率加熱設備以及大功率無線發(fā)射機臺、移動信號基站等強干擾環(huán)境。

（e）儀表的同一配電箱內(nèi)有接觸器、控制繼電器、變壓器等易產(chǎn)生噪聲的設備時，請將儀表配線盡量遠離并單獨走線。

（f）在強電磁干擾環(huán)境下，須安裝專門的EMC濾波線圈。盡量安裝在電纜接近儀表的端子處。將電纜從濾波線圈中來回繞幾圈或安裝多個濾波線圈效果會更好。在供電電纜上安裝線路濾波器并盡量靠近儀表配電箱的電纜入口處。

（g）如果可能的話，盡量縮短各種信號電纜的長度。

（h）感性負載啟停會產(chǎn)生較大的EMI輻射，須安裝緩沖吸收器件。

3.1.3 系統(tǒng)組建

（1）將無觸點角度傳感CMJD101與調(diào)速器傳動軸端通過連接鍵緊密連接。

（2）將顯示測量控制儀安裝在現(xiàn)地控制屏中將傳感器輸出引致測量顯示控制儀MIC-6B輸入端。

（3）將顯示控制儀MIC-6B的1、2、3、4路輸出分別引致監(jiān)控系統(tǒng)的全關(guān)、空載以下、空載以上、全開信號輸入位置。

3.1.4 系統(tǒng)調(diào)整

儀表有兩種工作模式（顯示模式和參數(shù)編程模式），儀表一般工作在顯示模式。在顯示模式下按DSP鍵可以切換不同的單位顯示。

顯示模式下長按F1和F2組合鍵3秒鐘，進入?yún)?shù)編程模式，顯示CODE。通過修改此參數(shù)值，按下PAR后可以進入不同的系統(tǒng)參數(shù)。

進入相應的參數(shù)編程模式后，通過DSP、F1、F2來修改參數(shù)對應的參數(shù)值，按下PAR保存并進入下一個參數(shù).所有參數(shù)保存完后自動回到顯示模式。

（1）模擬關(guān)閉調(diào)速器至機械全關(guān)位置，記錄輸出值，并依前述方法設定顯示控制儀MIC-6B第1路為低值報警，值為此值，回值為0。

（2）模擬關(guān)閉調(diào)速器至機械空載位置，記錄輸出值，并依前述方法設定顯示控制儀MIC-6B第2路為低值報警，值為此值，回值為1。

（3）模擬關(guān)閉調(diào)速器至機械空載位置，記錄輸出值，并依前述方法設定顯示控制儀MIC-6B第3路為高值報警，值為此值，回值為1。

（4）模擬關(guān)閉調(diào)速器至機械全開位置，記錄輸出值，并依前述方法設定顯示控制儀MIC-6B第4路為高值報警，值為此值，回值為1。

（5）進行真水實機運行試驗，對設置不正確的值進行記錄，停機后微調(diào)。

結(jié)論

通過實際應用，磁敏非接觸角度傳感器與智能儀器儀表的配合，達到了預期效果，整個裝置系統(tǒng)完全符合要求，很好地反應了機組導葉開度，開度位置信號反應正確，保證了機組啟停機的成功率，減小故障率，降低運維人員的勞動強度。

參考文獻

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