角度传感器在水电厂中的应用探析

摘 要：磁敏非接触角度传感器应用于主令开关，结合智能仪器仪表很好地完成机组主令开关的作用。磁敏非接触角度传感器与调速器输出传动轴连接，径相同心，接力器动作同步角度传感器，能很好地反映机组导叶开度工况。本文就此，探讨其可行性与实现方法，抛砖引玉，以利后人。

关键词：磁敏非接触角度传感器；主令位置；实现原理

中图分类号：TP212 文献标识码：A

1.课题背景及研究的意义

伴随着我国经济和科学技术的迅速发展，人们生活水平不断提高，电力工业也得到了迅猛的发展。电力工业是我国的基础产业，它的安全关系到国民的各个行业和部门，确保电力系统安全生产和稳定运行，是电力行业的首要任务。电力生产的目的，就是保证向国民经济各行业和人民生活可靠、安全的提供电能。由此提高设备运行稳定性成为电力工作者的首要任务。

为此对主令控制器的数字式精确定位实现方法进行研究，以期减少故障率，提高运行可靠性，提高运行效率。减少维护量及维护成本。

2.旧系统的实现原理与弊端

2.1 旧系统的实现原理

主令开关在水力发电厂应用比较广泛的一种设备，反映导叶开关开度具体位置，全关、空载、全开等，为监控及自动装置的精确控制提供依据。

现今的中小型水电站大多采用与调速器同轴的传动方式传递调节力矩，而其主令控制器大多是轴端的机械式同轴凸轮机构。

2.2 旧有系统弊端

在导叶开关过程中存在机械行程到位，而主令开关已提前到位或还没有到位，且行程位置调节困难，每次调整正确，下次运行过程可能会出现到位或还没有到位，导致维护人员经常手动进行调整，以适应机组运行。

为改变这种不正确运行方式，我们提出用磁敏非接触式角度传感器作为现地安装测量部件，用测量显示控制仪作为显示输出控制。

3.新系统的实现原理与方法

3.1 新系统的实现原理

3.1.1 角度传感器（CMJD101型单路向上）：

（1）角度传感器，顾名思义，是用来检测角度的。

它的身体中有一个孔，可以配合乐高的轴。若联结到RCX上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。若初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，你可以用编程把它重新复位。

其有效转角范围0～330°任选，角度精度分辨率优于0.1度，输出电压范围0～5V任选，使用温度范围-40℃～125℃，环境湿度小于等于95%，（不结露）应用领域宽泛；专用芯片，封装而成一个完整的IC，内含磁敏元件、MCU、DSP、温度补偿网络等。产品线性好、精度高、旋转寿命：≥1000万次，寿命长、重复性好、质量可靠、性能稳定；其防潮、防腐蚀性能甚佳。

（2）磁敏角度传感器的特点

（a）无触点无摩擦；

（b）高可靠性长寿命；

（c）线性度好分辨率高；

（d）转动力矩小；

（e）频率响应特性好；

（f）内置温度补偿线路；

（g）符合RoHS标准。

3.1.2 测量显示控制仪（MIC-6B系列）：

（1）仪表特性

（a）6位0.8英寸超高亮红色数码管；

（b）可对非线性输入信号进行16点折线修正；

（c）24位AD分辨率；

（d）内置多种软件滤波算法；

（e）标准Modbus通信协议，支持RS232和RS485；

（f）8组设定点（报警）控制输出*；

（g）4组可编程用户控制信号输入*；

（h）4组独立电流/电压变送输出*；

（i）大容量非易失性FLASH数据存储，支持U盘导出*；

（j）实时时钟/万年历*；

（k）主副计量单位切换显示；

（l）供电85VAC～265VAC或18VDC～32VDC；

（2）关于EMC防护

仪表设计了较高的电磁防护等级，但在不同使用环境中，还是要EMC特别注意合适的安装方法。

（a）仪表须安装在接地良好的金属箱柜中。

（b）使用带有屏蔽层的信号输入电缆，并将屏蔽层接到仪表输入公共端上。

（c）如果输入信号来自另外交流供电的变送器等信号源，请将仪表的供电与之接到同一相位的交流供电线上。

（d）将仪表的输入输出信号线缆单独穿金属管敷设，并保证金属管接地良好。勿将仪表的输入、输出信号线缆与各种动力线缆并行敷设。尽量远离交流伺服电机、电磁铁、可控硅控制器、变频器、大功率加热设备以及大功率无线发射机台、移动信号基站等强干扰环境。

（e）仪表的同一配电箱内有接触器、控制继电器、变压器等易产生噪声的设备时，请将仪表配线尽量远离并单独走线。

（f）在强电磁干扰环境下，须安装专门的EMC滤波线圈。尽量安装在电缆接近仪表的端子处。将电缆从滤波线圈中来回绕几圈或安装多个滤波线圈效果会更好。在供电电缆上安装线路滤波器并尽量靠近仪表配电箱的电缆入口处。

（g）如果可能的话，尽量缩短各种信号电缆的长度。

（h）感性负载启停会产生较大的EMI辐射，须安装缓冲吸收器件。

3.1.3 系统组建

（1）将无触点角度传感CMJD101与调速器传动轴端通过连接键紧密连接。

（2）将显示测量控制仪安装在现地控制屏中将传感器输出引致测量显示控制仪MIC-6B输入端。

（3）将显示控制仪MIC-6B的1、2、3、4路输出分别引致监控系统的全关、空载以下、空载以上、全开信号输入位置。

3.1.4 系统调整

仪表有两种工作模式（显示模式和参数编程模式），仪表一般工作在显示模式。在显示模式下按DSP键可以切换不同的单位显示。

显示模式下长按F1和F2组合键3秒钟，进入参数编程模式，显示CODE。通过修改此参数值，按下PAR后可以进入不同的系统参数。

进入相应的参数编程模式后，通过DSP、F1、F2來修改参数对应的参数值，按下PAR保存并进入下一个参数.所有参数保存完后自动回到显示模式。

（1）模拟关闭调速器至机械全关位置，记录输出值，并依前述方法设定显示控制仪MIC-6B第1路为低值报警，值为此值，回值为0。

（2）模拟关闭调速器至机械空载位置，记录输出值，并依前述方法设定显示控制仪MIC-6B第2路为低值报警，值为此值，回值为1。

（3）模拟关闭调速器至机械空载位置，记录输出值，并依前述方法设定显示控制仪MIC-6B第3路为高值报警，值为此值，回值为1。

（4）模拟关闭调速器至机械全开位置，记录输出值，并依前述方法设定显示控制仪MIC-6B第4路为高值报警，值为此值，回值为1。

（5）进行真水实机运行试验，对设置不正确的值进行记录，停机后微调。

结论

通过实际应用，磁敏非接触角度传感器与智能仪器仪表的配合，达到了预期效果，整个装置系统完全符合要求，很好地反应了机组导叶开度，开度位置信号反应正确，保证了机组启停机的成功率，减小故障率，降低运维人员的劳动强度。

参考文献

[1]郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014（5）：221.

[2]康维新.传感器与检测技术[M].北京：中国轻工业出版社，2009（3）：148.

[3]上海天贺自动化仪表有限公司.显示控制仪MIC-6B系列使用说明书[Z].

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