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1. 前言

    火電廠機(jī)組事件順序記錄裝置（簡稱SOE）信號的分辨力（其指標(biāo)通常是≤1ms），對機(jī)組的故障分析來說是一個非常重要的指標(biāo)。當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障或MFT時(shí)，工作人員首先根據(jù)SOE記錄信號發(fā)生的先后順序來進(jìn)行設(shè)備故障的判斷。但是，故障瞬間時(shí)會有大量信號接二連三的產(chǎn)生，當(dāng)事件順序分辨力達(dá)不到要求時(shí)，就無法向工作人員顯示正確的事件順序信號，給故障的分析判斷帶來困難，從而增加事故停機(jī)時(shí)間。筆者了解到的此類例子有不少，如某機(jī)組MFT時(shí)，光字牌報(bào)警“全爐膛滅火”，MFT瞬間火檢每層的3/4火檢無火條件成立，但SOE卻未捉捕到“全爐膛滅火”信號，這是SOE信號分辨力不夠的一種具體體現(xiàn)。一直以來但由于沒有相應(yīng)的測試儀器測試儀器（市場上無處采購），熱工人員在進(jìn)行控制系統(tǒng)的驗(yàn)收測試時(shí)，無法測試驗(yàn)證這一指標(biāo)，合同上寫多少就默認(rèn)是多少（廠家通常也不提供測試數(shù)據(jù)）。直到本測試儀SX-SOE-A研制成功之前，至少浙江省各電廠對DCS機(jī)組SOE信號的分辨力無從了解（實(shí)際上到目前為止國內(nèi)電廠情況基本相同）。

    為此我們進(jìn)行了事件順序記錄裝置的信號分辨力測試儀測試儀的開發(fā)研制，于2004年投入使用，經(jīng)不斷試驗(yàn)改進(jìn)，研制目前的SX-SOE-A型測試儀高精度信號發(fā)生器，達(dá)到超過預(yù)定的設(shè)計(jì)技術(shù)目標(biāo)指標(biāo)。它能夠根據(jù)不同測試對象要求，產(chǎn)生輸出時(shí)間間隔、幅度范圍、通道順序和通道數(shù)可任意設(shè)定的、修改的高精度開關(guān)量信號序列，并依據(jù)SOE信號分辨力測試儀發(fā)出的脈沖信號次序生成測試過程記錄，通過與被測試系統(tǒng)的記錄結(jié)果進(jìn)行比較，得到SOE裝置信號分辨率的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

2. 測試儀SX-SOE-A的開發(fā)研制組成原理與功能

    2.1. SX-SOE-A組成柜圖：

    SX-SOE-A由主CPU 、液晶顯示屏、薄膜鍵盤、開關(guān)電源模塊和充電電池和軟件組成。其原理圖如圖1，軟件流程設(shè)計(jì)如圖2。

 圖1 SX-SOE-A電路原理圖


圖2 SX-SOE-A軟件流程圖

    2.2. SX-SOE-A工作原理：

    針對不同測試對象，可以采用多種測試方法提高測試信號分辨率和測試精度，如等間隔脈沖法、同步脈沖法、精密時(shí)鐘法等。我們根據(jù)等間隔脈沖法原理（等間隔脈沖法脈沖序列示意如圖3。運(yùn)用嵌入式技術(shù)和現(xiàn)代測量技術(shù)，采用MCU、LCD等來實(shí)現(xiàn)SOE信號分辨力的測試功能。
 

圖3 等間隔脈沖法脈沖序列示意圖



圖1 等間隔脈沖法脈沖序列示意圖

    間隔脈沖法脈沖序列示意如圖1，運(yùn)用嵌入式技術(shù)和現(xiàn)代測量技術(shù)，采用MCU、LCD等來實(shí)現(xiàn)SOE信號分辨力的測試功能；它是一種便攜式測試儀表，既可獨(dú)立，也可通過串行接口連接計(jì)算機(jī)工作。

    SX-SOE-A應(yīng)用到單片機(jī)技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、抗干擾技術(shù)、控制線路設(shè)計(jì)和控制軟件開發(fā)技術(shù)和接口技術(shù)。首先通過單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究，產(chǎn)生最小0.1ms的開關(guān)量信號；通過控制軟件設(shè)計(jì)，使開關(guān)量信號間隔時(shí)間連續(xù)可調(diào)；通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和對開關(guān)量信號周期的控制；通過采取的抗干擾措施，防止了現(xiàn)場干擾信號對儀器產(chǎn)生影響；控制線路設(shè)計(jì)后，線路板由激光制板完成。解決了DCS通道的有源或無源接口問題，實(shí)現(xiàn)了輸出信號的可調(diào)，并滿足計(jì)量傳遞要求。

    2.3. SX-SOE-A功能

    SX-SOE-A按被測對象要求，輸出多路階躍信號，到被測系統(tǒng)的開關(guān)量信號輸入端口。根據(jù)被測系統(tǒng)顯示或打印出開關(guān)動作時(shí)間順序，與SX-SOE-A設(shè)定的間隔時(shí)間相比較，減小SX-SOE-A各通道的設(shè)定時(shí)間間隔，直到被測對象顯示或打印出的開關(guān)動作時(shí)間順序與SX-SOE-A設(shè)定的間隔時(shí)間不一致時(shí)，則認(rèn)為被測對象的分辨大于相應(yīng)通道的設(shè)定時(shí)間間隔。

    2.1. 測試儀原理：

    測試儀按各通道設(shè)定好的時(shí)間間隔，輸出多路階躍信號，輸入到被測系統(tǒng)的開關(guān)量信號輸入端口。被測系統(tǒng)按順序顯示或打印出開關(guān)動作時(shí)間，與測試儀設(shè)定的間隔時(shí)間相比較應(yīng)一致。減小各通道的設(shè)定時(shí)間間隔，直到被測系統(tǒng)顯示或打印出的開關(guān)動作時(shí)間順序與測試儀設(shè)定的間隔時(shí)間不一致時(shí)，則認(rèn)為被測系統(tǒng)的分辨大于相應(yīng)通道的設(shè)定時(shí)間間隔。測試儀原理圖如圖2，軟件流程設(shè)計(jì)如圖3。
 

圖2 SOE信號分辨力測試儀電路原理圖




 圖3 SOE信號分辨力測試儀軟件流程圖

    2.2.測試儀功能

    通過SX-SOE-A的面板鍵盤（也可以通過232接口連接上微機(jī)），可對SX-SOE-A信號源的輸出方式、通道組合順序，時(shí)間間隔等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

    測試儀應(yīng)用到單片機(jī)技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、抗干擾技術(shù)、控制線路設(shè)計(jì)和控制軟件開發(fā)技術(shù)和接口技術(shù)。首先通過單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究，產(chǎn)生最小0.2ms的開關(guān)量信號；通過控制軟件設(shè)計(jì)，使開關(guān)量信號間隔時(shí)間連續(xù)可調(diào)；通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和對開關(guān)量信號周期的控制；通過采取的抗干擾措施，防止了現(xiàn)場干擾信號對儀器產(chǎn)生影響；控制線路設(shè)計(jì)后，線路板由激光制板完成。解決了DCS通道的有源或無源接口問題，實(shí)現(xiàn)了輸出信號的可調(diào)，滿足了計(jì)量傳遞要求。測試儀外形見圖4。

圖4  SOE測試儀

    測試儀SX-SOE-A可輸出多達(dá)8個通道的無源接點(diǎn)常開信號（即通道閉合時(shí)輸出信號）。各通道輸出順序可以自由組合。輸出間隔時(shí)間可在0.21~999.9ms間任意設(shè)定。輸出信號有單通道輸出和多通道兩種輸出方式。單通道輸出時(shí)，可在任選的一個或多個通道上，可同時(shí)輸出一個連續(xù)的方波信號，方波信號的頻率可以0.2~999.9ms間任意設(shè)定；多通道輸出時(shí)，可以按設(shè)定的通道動作順序和間隔時(shí)間，輸出一列前后沿相互錯開的信號。當(dāng)通道有信號輸出時(shí)，面板上相應(yīng)的通道指示燈點(diǎn)亮，指示該通道的開關(guān)閉合。在單通道方式時(shí)，指示燈閃爍，閃爍的頻率與輸出信號的頻率相一致。
SX-SOE-A型高精度信號發(fā)生器，提供有12V直流信號輸出，用于測試時(shí)使用。

    SOE信號分辨力測試儀提供了直流電壓源和電流源，直流電壓源有110V，48V，24V，12V四種輸出，直流電流源有兩路4mA輸出。電壓源負(fù)載應(yīng)<10mA，100歐姆<電流源負(fù)載電阻應(yīng)<2k歐姆。

    該SOE信號分辨力測試儀依據(jù)PC機(jī)的設(shè)定或者面板鍵盤的設(shè)定值，對被測試對象發(fā)出高精度時(shí)間間隔的開關(guān)量信號序列。PC計(jì)算機(jī)可以對信號源的時(shí)間間隔參數(shù)、輸出順序參數(shù)、被測試通道的名稱進(jìn)行設(shè)定和修改；也可由SOE信號分辨力測試儀面板鍵盤進(jìn)行以上參數(shù)的設(shè)置。依據(jù)信號源發(fā)出的信號次序生成測試過程記錄，以便與被測試系統(tǒng)的記錄結(jié)果進(jìn)行比對。為方便現(xiàn)場應(yīng)用，內(nèi)置有可充電電源，其連續(xù)工作時(shí)間2小時(shí)左右。

3. 性能測試情況

    測試儀研制成品后，通過高精度錄波器對測試儀性能進(jìn)行了反復(fù)測試，SX-SOE-A型高精度信號發(fā)生器，試用半年后，送浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院進(jìn)行鑒定前的測試，測試記錄如表1～表3。

    測試結(jié)果表明，其精度和重復(fù)性都完成滿足絕對誤差＜±0.01的設(shè)計(jì)要求。測試記錄如下表。

                                    表1相同時(shí)間間隔輸出準(zhǔn)確度測試記錄

 表2不同時(shí)間間隔輸出準(zhǔn)確度測試記錄

 表3 通道輸出重復(fù)性測試記錄 

    根據(jù)測試記錄分析，4與5及5與6通道間誤差稍大（這二通道在測試過程中，曾接線錯誤過電流），其它通道測試結(jié)果雖有偏差，但在設(shè)計(jì)誤差內(nèi)（誤差原因是因?yàn)槌隹诶^電器為普通型，若更換高性能出口繼電器或通過篩選出口繼電器，完全可以使測試儀的性能得到進(jìn)一步提高），滿足對DCS的SOE信號分辨力測試要求。

4. 技術(shù)指標(biāo)

    測試儀SX-SOE-A的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：
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    輸出通道數(shù)量8；
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    輸出方式有多通道和單通道2種方式可選擇；
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    時(shí)間間隔0.1msms~999.9msms， -0.05ms≤絕對誤差≤+±0.051 ms ms；
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    有源信號電壓等級：DC12V，DC24V，DC48V，DC110V；電流等級：4mA;
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    電源供電：AC220V±22V，50Hz±2.5Hz；
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    使用環(huán)境溫度：0℃~+40℃；
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    使用環(huán)境相對濕度：≤85%；
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    SOE信號分辨力測試儀可以輸出8個通道的開關(guān)量接點(diǎn)，各通道輸出順序可以自由組合，輸出間隔時(shí)間可在0.1ms2~999.9msms間任意設(shè)定。
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    測試儀SX-SOE-A有兩種操作方式：面板操作和上位PC機(jī)操作。
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    測試儀SX-SOE-A與計(jì)算機(jī)通信的缺省設(shè)置：

    ? 通訊速率：4800 bps；

    ? 時(shí)間間隔參數(shù)：500100.0毫秒；

    ? 通道順序：1,2,3,4,5,6,7,8；

    ? 串口為COM1。
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    測試儀輸出精度可方便的進(jìn)行調(diào)整，滿足計(jì)量傳遞要求。

    SOE信號分辨力測試儀可以如使用通用的RS232串行口，通過上位機(jī)（普通PC機(jī)）對SX-SOE-A其進(jìn)行操作時(shí)。在上位機(jī)操作時(shí)，除可以完成面板所能完成的所有功能外，還還可以對每次測試的數(shù)據(jù)形成記錄、進(jìn)行保存和打印，以及對保存的紀(jì)錄重新打開、直接賦值等功能。

5. 現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用和送檢情況

    SOE信號分辨力測試儀SX-SOE-A研制完成后，在現(xiàn)場完成實(shí)際應(yīng)用情況與取得的效果有后，對浙江省各電廠分散控制系統(tǒng)的SOE信號分辨力進(jìn)行了以下實(shí)際應(yīng)用：

    1） 完成對浙江省電廠在線運(yùn)行機(jī)組的分散控制系統(tǒng)（包括和利時(shí)、歐陸、福克斯波羅、ABB、新華、OVETION、西門子）的SOE裝置信號分辨力的測試，測試結(jié)果證明我省在線運(yùn)行SOE裝置的信號分辨力指標(biāo)，多數(shù)能滿足不大于1ms的要求，但有少數(shù)是不大于2ms，有一家指標(biāo)（6臺機(jī)組）不大于4ms（測試結(jié)果反饋到供貨商，供貨商免費(fèi)更換了SOE裝置。經(jīng)再次測試結(jié)果，基本滿足分辨力不大于1的指標(biāo)要求）。

    1）首次應(yīng)用一臺基建機(jī)組SOE信號分辨力測試，結(jié)果是SOE調(diào)試工作達(dá)不到測試要求，督促廠家加快了調(diào)試步伐。

    2） 在配合某電廠進(jìn)行DCS出廠驗(yàn)收時(shí)，對某品牌DCS的SOE分辨力進(jìn)行測試，測試結(jié)果定其SOE信號分辨力接近1ms（不大于2ms ms），未能滿足合同SOE信號分辨力不大于1ms ms的要求，代理商廠家承認(rèn)測試結(jié)果，符合該DCS的SOE信號分辨力實(shí)際指標(biāo)。

    3）對全省電廠在線運(yùn)行的分散控制系統(tǒng)（包括和利時(shí)、歐陸、福克斯波羅、ABB、新華、OVETION、西門子）的SOE信號分辨力進(jìn)行測試，測試結(jié)果證明我省在線運(yùn)行SOE信號的分辨力指標(biāo)多數(shù)能滿足不大于1ms的要求，但有少數(shù)是接近1ms（不大于2ms），一家指標(biāo)不大于4ms（測試結(jié)果反饋到供貨商，供貨商免費(fèi)更換SOE裝置后，再次測試結(jié)果滿足了分辨力不大于1ms的指標(biāo)要求）。

    本測試儀于2004年研制完成，經(jīng)現(xiàn)場使用半年多以后，送浙江省計(jì)量檢測中心測試，測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

    3） 使用二年后，我們對測試儀SX-SOE-A再次進(jìn)行測試，測試結(jié)果其性能基本不變。此外經(jīng)改進(jìn)后的第二臺測試儀輸出信號精度進(jìn)一步提高，但其穩(wěn)定性有待數(shù)年使用時(shí)間的考驗(yàn)。

6. 結(jié)束語

    據(jù)筆者了解，在此之前已有單位與個人在研究SOE信號分辨力的測試方法與測試儀SX-SOE-A的研制，相比之下，本測試儀SX-SOE-A最大的不同點(diǎn)有：
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    輸出信號有源、無源可選擇。
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    可單獨(dú)，也可與PC機(jī)配合使用。
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    輸出精度可調(diào)整，便于計(jì)量傳遞。

    測試儀SX-SOE-A為分散控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的測試、驗(yàn)收提供了可靠的手段，解決了開關(guān)量事件順序記錄系統(tǒng)分辨力的測試難題。通過測試SOE信號分辨力和開關(guān)量采樣周期，對不合格的分散控制系統(tǒng)進(jìn)行索賠或改進(jìn)，達(dá)到對機(jī)組故障的有效判斷，有利于減少機(jī)組停機(jī)時(shí)間和重復(fù)故障次數(shù)。提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。該測試儀SX-SOE-A可以應(yīng)用于電力、石化、冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域DCS的SOE信號分辨力指標(biāo)的測試。

    本測試儀經(jīng)過近二年多的現(xiàn)場使用，目前已通過浙江省能源公司組織的專家鑒定，專家們對儀器本身和對全省各電廠機(jī)組SOE分辨力測試的實(shí)際效果，都給予了高度評價(jià)。

作者簡介：

    孫長生（1954～  ）男 浙江省電力試驗(yàn)研究院  高級工程師   93年以前先后從事熱工安裝、調(diào)試，設(shè)計(jì)、電廠熱工故障處理及滅火保護(hù)裝置開發(fā)工作。95年以后主要從事熱工監(jiān)督管理、電廠事故分析處理、熱工自動化應(yīng)用與科研項(xiàng)目研制開發(fā)工作。主編電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《熱工自動化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》