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案例详细
标题SX-SOE-A高精度信号发生器的研制
技术领域工厂信息化
行业
简介本文介绍了SX-SOE-A型高精度信号发生器的工作原理、主要功能、指标和实际应用效果。它可以应用于电力、石化、冶金、化工等工业领域SOE装置的信号分辨力指标的测试。
内容



                                       关键词： SX-SOE-A；事件顺序记录装置分辨力；测试仪

    冯国锋（1971－）
浙江诸暨人 ，工程师，从事热控技术管理工作。

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很多，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。但由于没有相应的测试仪器（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，厂家通常也不提供测试数据。直到本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。

    为此笔者进行了事件顺序记录装置的信号分辨力测试仪的开发研制，于2004年投入使用，经不断试验改进，目前的SX-SOE-A型高精度信号发生器，超过预定的设计技术指标。它能够根据不同测试对象要求，输出时间间隔、幅度范围、通道顺序和通道数可任意设定的高精度开关量信号序列，并依据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     SX-SOE-A的组成原理与功能

    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所示，软件流程设计如图2所示。



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。根据等间隔脉冲法原理（如图3所示），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

    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。

    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。

    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0.1~999.9ms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，任选的一个或多个通道，可同时输出连续的方波信号；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。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

    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，测试记录见表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。
   

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

4     技术指标

    SX-SOE-A的主要技术性能指标如下：

    ●    输出通道数量8；

    ●    输出方式有多通道和单通道2种方式可选择；

    ●    时间间隔0.1~999.9ms，绝对误差≤±0.01 ms ；

    ●    有源信号电压等级：DC12V

    ●    电源供电：AC220V±22V，50Hz±2.5Hz；

    ●    使用环境温度：0~+40℃；

    ●    使用环境相对湿度：≤85%；

    ●    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，输出间隔时间在0.1~999.9ms间任意设定。

    ●    有两种操作方式：面板操作和上位PC机操作。

    ●    与计算机通信的缺省设置：

    通讯速率：4800 bps；
    
    时间间隔参数：100.0毫秒；
        
    通道顺序：1,2,3,4,5,6,7,8；
        
    串口为COM1。

    如使用通用的RS232串行口，通过上位机（普通PC机）对SX-SOE-A进行操作时，除可以完成面板所能完成的所有功能外，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     现场实际应用情况

    SX-SOE-A研制完成后，在现场实际应用情况与取得的效果有：

    （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，测试结果证明浙江省在线运行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）。

    （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信号分辨力接不大于2 ms，未能满足合同SOE信号分辨力不大于1ms 的要求，代理商承认测试结果，符合该DCS的SOE信号分辨力实际指标。

    （3） 使用二年后，我们对SX-SOE-A再次进行测试，测试结果其性能基本不变。

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SX-SOE-A的研制，相比之下，本SX-SOE-A最大的不同点有：

    ●    输出信号有源、无源可选择。

    ●    可单独，也可与PC机配合使用。

    ●    输出精度可调整，便于计量传递。

    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。

作者信息：

    冯国锋（萧山发电厂，浙江  杭州 311251）  

    王建强（浙江能源有限公司，浙江  杭州 310012） 

    孙长生（浙江省电力试验研究所，浙江  杭州 310014）