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，結合智能儀器儀表很好地完成機組主令開關的作用。磁敏非接觸角度傳感器與調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方法，拋磚引玉，以利后人。

關鍵詞：磁敏非接觸角度傳感器；主令位置；實現原理

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A

1.課題背景及研究的意義

伴隨著我國經濟和科學技術的迅速發展，人們生活水平不斷提高，電力工業也得到了迅猛的發展。電力工業是我國的基礎產業，它的安全關系到國民的各個行業和部門，確保電力系統安全生產和穩定運行，是電力行業的首要任務。電力生產的目的，就是保證向國民經濟各行業和人民生活可靠、安全的提供電能。由此提高設備運行穩定性成為電力工作者的首要任務。

為此對主令控制器的數字式精確定位實現方法進行研究，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.舊系統的實現原理與弊端

2.1 舊系統的實現原理

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

現今的中小型水電站大多采用與調速器同軸的傳動方式傳遞調節力矩，而其主令控制器大多是軸端的機械式同軸凸輪機構。

2.2 舊有系統弊端

在導葉開關過程中存在機械行程到位，而主令開關已提前到位或還沒有到位，且行程位置調節困難，每次調整正確，下次運行過程可能會出現到位或還沒有到位，導致維護人員經常手動進行調整，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.新系統的實現原理與方法

3.1 新系統的實現原理

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。若聯結到RCX上時，軸每轉過1/16圈，角度傳感器就會計數一次。往一個方向轉動時，計數增加，轉動方向改變時，計數減少。計數與角度傳感器的初始位置有關。若初始化角度傳感器時，它的計數值被設置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復位。

其有效轉角范圍0～330°任選，角度精度分辨率優于0.1度，輸出電壓范圍0～5V任選，使用溫度范圍-40℃～125℃，環境濕度小于等于95%，（不結露）應用領域寬泛；專用芯片，封裝而成一個完整的IC，內含磁敏元件、MCU、DSP、溫度補償網絡等。產品線性好、精度高、旋轉壽命：≥1000萬次，壽命長、重復性好、質量可靠、性能穩定；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）轉動力矩小；

（e）頻率響應特性好；

（f）內置溫度補償線路；

（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）內置多種軟件濾波算法；

（e）標準Modbus通信協議，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數據存儲，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射機臺、移動信號基站等強干擾環境。

（e）儀表的同一配電箱內有接觸器、控制繼電器、變壓器等易產生噪聲的設備時，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）感性負載啟停會產生較大的EMI輻射，須安裝緩沖吸收器件。

3.1.3 系統組建

（1）將無觸點角度傳感CMJD101與調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路輸出分別引致監控系統的全關、空載以下、空載以上、全開信號輸入位置。

3.1.4 系統調整

儀表有兩種工作模式（顯示模式和參數編程模式），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，進入參數編程模式，顯示CODE。通過修改此參數值，按下PAR后可以進入不同的系統參數。

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

（1）模擬關閉調速器至機械全關位置，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）模擬關閉調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）模擬關閉調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）模擬關閉調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。

結論

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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[2]康維新.傳感器與檢測技術[M].北京：中國輕工業出版社，2009（3）：148.

[3]上海天賀自動化儀表有限公司.顯示控制儀MIC-6B系列使用說明書[Z].