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1. 前言

    火电厂机组事件顺序记录装置（简称SOE）信号的分辨力（其指标通常是≤1ms），对机组的故障分析来说是一个非常重要的指标。当机组发生故障或MFT时，工作人员首先根据SOE记录信号发生的先后顺序来进行设备故障的判断。但是，故障瞬间时会有大量信号接二连三的产生，当事件顺序分辨力达不到要求时，就无法向工作人员显示正确的事件顺序信号，给故障的分析判断带来困难，从而增加事故停机时间。笔者了解到的此类例子有不少，如某机组MFT时，光字牌报警“全炉膛灭火”，MFT瞬间火检每层的3/4火检无火条件成立，但SOE却未捉捕到“全炉膛灭火”信号，这是SOE信号分辨力不够的一种具体体现。一直以来但由于没有相应的测试仪器测试仪器（市场上无处采购），热工人员在进行控制系统的验收测试时，无法测试验证这一指标，合同上写多少就默认是多少（厂家通常也不提供测试数据）。直到本测试仪SX-SOE-A研制成功之前，至少浙江省各电厂对DCS机组SOE信号的分辨力无从了解（实际上到目前为止国内电厂情况基本相同）。

    为此我们进行了事件顺序记录装置的信号分辨力测试仪测试仪的开发研制，于2004年投入使用，经不断试验改进，研制目前的SX-SOE-A型测试仪高精度信号发生器，达到超过预定的设计技术目标指标。它能够根据不同测试对象要求，产生输出时间间隔、幅度范围、通道顺序和通道数可任意设定的、修改的高精度开关量信号序列，并依据SOE信号分辨力测试仪发出的脉冲信号次序生成测试过程记录，通过与被测试系统的记录结果进行比较，得到SOE装置信号分辨率的准确数据。

2. 测试仪SX-SOE-A的开发研制组成原理与功能

    2.1. SX-SOE-A组成柜图：

    SX-SOE-A由主CPU 、液晶显示屏、薄膜键盘、开关电源模块和充电电池和软件组成。其原理图如图1，软件流程设计如图2。

 图1 SX-SOE-A电路原理图


图2 SX-SOE-A软件流程图

    2.2. SX-SOE-A工作原理：

    针对不同测试对象，可以采用多种测试方法提高测试信号分辨率和测试精度，如等间隔脉冲法、同步脉冲法、精密时钟法等。我们根据等间隔脉冲法原理（等间隔脉冲法脉冲序列示意如图3。运用嵌入式技术和现代测量技术，采用MCU、LCD等来实现SOE信号分辨力的测试功能。
 

图3 等间隔脉冲法脉冲序列示意图



图1 等间隔脉冲法脉冲序列示意图

    间隔脉冲法脉冲序列示意如图1，运用嵌入式技术和现代测量技术，采用MCU、LCD等来实现SOE信号分辨力的测试功能；它是一种便携式测试仪表，既可独立，也可通过串行接口连接计算机工作。

    SX-SOE-A应用到单片机技术、液晶显示技术、抗干扰技术、控制线路设计和控制软件开发技术和接口技术。首先通过单片机技术的应用研究，产生最小0.1ms的开关量信号；通过控制软件设计，使开关量信号间隔时间连续可调；通过人机界面实现参数设置和对开关量信号周期的控制；通过采取的抗干扰措施，防止了现场干扰信号对仪器产生影响；控制线路设计后，线路板由激光制板完成。解决了DCS通道的有源或无源接口问题，实现了输出信号的可调，并满足计量传递要求。

    2.3. SX-SOE-A功能

    SX-SOE-A按被测对象要求，输出多路阶跃信号，到被测系统的开关量信号输入端口。根据被测系统显示或打印出开关动作时间顺序，与SX-SOE-A设定的间隔时间相比较，减小SX-SOE-A各通道的设定时间间隔，直到被测对象显示或打印出的开关动作时间顺序与SX-SOE-A设定的间隔时间不一致时，则认为被测对象的分辨大于相应通道的设定时间间隔。

    2.1. 测试仪原理：

    测试仪按各通道设定好的时间间隔，输出多路阶跃信号，输入到被测系统的开关量信号输入端口。被测系统按顺序显示或打印出开关动作时间，与测试仪设定的间隔时间相比较应一致。减小各通道的设定时间间隔，直到被测系统显示或打印出的开关动作时间顺序与测试仪设定的间隔时间不一致时，则认为被测系统的分辨大于相应通道的设定时间间隔。测试仪原理图如图2，软件流程设计如图3。
 

图2 SOE信号分辨力测试仪电路原理图




 图3 SOE信号分辨力测试仪软件流程图

    2.2.测试仪功能

    通过SX-SOE-A的面板键盘（也可以通过232接口连接上微机），可对SX-SOE-A信号源的输出方式、通道组合顺序，时间间隔等参数进行设置。

    测试仪应用到单片机技术、液晶显示技术、抗干扰技术、控制线路设计和控制软件开发技术和接口技术。首先通过单片机技术的应用研究，产生最小0.2ms的开关量信号；通过控制软件设计，使开关量信号间隔时间连续可调；通过人机界面实现参数设置和对开关量信号周期的控制；通过采取的抗干扰措施，防止了现场干扰信号对仪器产生影响；控制线路设计后，线路板由激光制板完成。解决了DCS通道的有源或无源接口问题，实现了输出信号的可调，满足了计量传递要求。测试仪外形见图4。

图4  SOE测试仪

    测试仪SX-SOE-A可输出多达8个通道的无源接点常开信号（即通道闭合时输出信号）。各通道输出顺序可以自由组合。输出间隔时间可在0.21~999.9ms间任意设定。输出信号有单通道输出和多通道两种输出方式。单通道输出时，可在任选的一个或多个通道上，可同时输出一个连续的方波信号，方波信号的频率可以0.2~999.9ms间任意设定；多通道输出时，可以按设定的通道动作顺序和间隔时间，输出一列前后沿相互错开的信号。当通道有信号输出时，面板上相应的通道指示灯点亮，指示该通道的开关闭合。在单通道方式时，指示灯闪烁，闪烁的频率与输出信号的频率相一致。
SX-SOE-A型高精度信号发生器，提供有12V直流信号输出，用于测试时使用。

    SOE信号分辨力测试仪提供了直流电压源和电流源，直流电压源有110V，48V，24V，12V四种输出，直流电流源有两路4mA输出。电压源负载应<10mA，100欧姆<电流源负载电阻应<2k欧姆。

    该SOE信号分辨力测试仪依据PC机的设定或者面板键盘的设定值，对被测试对象发出高精度时间间隔的开关量信号序列。PC计算机可以对信号源的时间间隔参数、输出顺序参数、被测试通道的名称进行设定和修改；也可由SOE信号分辨力测试仪面板键盘进行以上参数的设置。依据信号源发出的信号次序生成测试过程记录，以便与被测试系统的记录结果进行比对。为方便现场应用，内置有可充电电源，其连续工作时间2小时左右。

3. 性能测试情况

    测试仪研制成品后，通过高精度录波器对测试仪性能进行了反复测试，SX-SOE-A型高精度信号发生器，试用半年后，送浙江省质量技术监督检测研究院进行鉴定前的测试，测试记录如表1～表3。

    测试结果表明，其精度和重复性都完成满足绝对误差＜±0.01的设计要求。测试记录如下表。

                                    表1相同时间间隔输出准确度测试记录

 表2不同时间间隔输出准确度测试记录

 表3 通道输出重复性测试记录 

    根据测试记录分析，4与5及5与6通道间误差稍大（这二通道在测试过程中，曾接线错误过电流），其它通道测试结果虽有偏差，但在设计误差内（误差原因是因为出口继电器为普通型，若更换高性能出口继电器或通过筛选出口继电器，完全可以使测试仪的性能得到进一步提高），满足对DCS的SOE信号分辨力测试要求。

4. 技术指标

    测试仪SX-SOE-A的主要技术性能指标如下：
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    输出通道数量8；
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    输出方式有多通道和单通道2种方式可选择；
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    时间间隔0.1msms~999.9msms， -0.05ms≤绝对误差≤+±0.051 ms ms；
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    有源信号电压等级：DC12V，DC24V，DC48V，DC110V；电流等级：4mA;
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    电源供电：AC220V±22V，50Hz±2.5Hz；
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    使用环境温度：0℃~+40℃；
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    使用环境相对湿度：≤85%；
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    SOE信号分辨力测试仪可以输出8个通道的开关量接点，各通道输出顺序可以自由组合，输出间隔时间可在0.1ms2~999.9msms间任意设定。
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    测试仪SX-SOE-A有两种操作方式：面板操作和上位PC机操作。
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    测试仪SX-SOE-A与计算机通信的缺省设置：

    ? 通讯速率：4800 bps；

    ? 时间间隔参数：500100.0毫秒；

    ? 通道顺序：1,2,3,4,5,6,7,8；

    ? 串口为COM1。
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    测试仪输出精度可方便的进行调整，满足计量传递要求。

    SOE信号分辨力测试仪可以如使用通用的RS232串行口，通过上位机（普通PC机）对SX-SOE-A其进行操作时。在上位机操作时，除可以完成面板所能完成的所有功能外，还还可以对每次测试的数据形成记录、进行保存和打印，以及对保存的纪录重新打开、直接赋值等功能。

5. 现场实际应用和送检情况

    SOE信号分辨力测试仪SX-SOE-A研制完成后，在现场完成实际应用情况与取得的效果有后，对浙江省各电厂分散控制系统的SOE信号分辨力进行了以下实际应用：

    1） 完成对浙江省电厂在线运行机组的分散控制系统（包括和利时、欧陆、福克斯波罗、ABB、新华、OVETION、西门子）的SOE装置信号分辨力的测试，测试结果证明我省在线运行SOE装置的信号分辨力指标，多数能满足不大于1ms的要求，但有少数是不大于2ms，有一家指标（6台机组）不大于4ms（测试结果反馈到供货商，供货商免费更换了SOE装置。经再次测试结果，基本满足分辨力不大于1的指标要求）。

    1）首次应用一台基建机组SOE信号分辨力测试，结果是SOE调试工作达不到测试要求，督促厂家加快了调试步伐。

    2） 在配合某电厂进行DCS出厂验收时，对某品牌DCS的SOE分辨力进行测试，测试结果定其SOE信号分辨力接近1ms（不大于2ms ms），未能满足合同SOE信号分辨力不大于1ms ms的要求，代理商厂家承认测试结果，符合该DCS的SOE信号分辨力实际指标。

    3）对全省电厂在线运行的分散控制系统（包括和利时、欧陆、福克斯波罗、ABB、新华、OVETION、西门子）的SOE信号分辨力进行测试，测试结果证明我省在线运行SOE信号的分辨力指标多数能满足不大于1ms的要求，但有少数是接近1ms（不大于2ms），一家指标不大于4ms（测试结果反馈到供货商，供货商免费更换SOE装置后，再次测试结果满足了分辨力不大于1ms的指标要求）。

    本测试仪于2004年研制完成，经现场使用半年多以后，送浙江省计量检测中心测试，测试结果满足设计要求。

    3） 使用二年后，我们对测试仪SX-SOE-A再次进行测试，测试结果其性能基本不变。此外经改进后的第二台测试仪输出信号精度进一步提高，但其稳定性有待数年使用时间的考验。

6. 结束语

    据笔者了解，在此之前已有单位与个人在研究SOE信号分辨力的测试方法与测试仪SX-SOE-A的研制，相比之下，本测试仪SX-SOE-A最大的不同点有：
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    输出信号有源、无源可选择。
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    可单独，也可与PC机配合使用。
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    输出精度可调整，便于计量传递。

    测试仪SX-SOE-A为分散控制系统性能指标的测试、验收提供了可靠的手段，解决了开关量事件顺序记录系统分辨力的测试难题。通过测试SOE信号分辨力和开关量采样周期，对不合格的分散控制系统进行索赔或改进，达到对机组故障的有效判断，有利于减少机组停机时间和重复故障次数。提高机组运行的可靠性。该测试仪SX-SOE-A可以应用于电力、石化、冶金、化工等工业领域DCS的SOE信号分辨力指标的测试。

    本测试仪经过近二年多的现场使用，目前已通过浙江省能源公司组织的专家鉴定，专家们对仪器本身和对全省各电厂机组SOE分辨力测试的实际效果，都给予了高度评价。

作者简介：

    孙长生（1954～  ）男 浙江省电力试验研究院  高级工程师   93年以前先后从事热工安装、调试，设计、电厂热工故障处理及灭火保护装置开发工作。95年以后主要从事热工监督管理、电厂事故分析处理、热工自动化应用与科研项目研制开发工作。主编电力行业标准《热工自动化系统检修运行维护规程》