СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системам управления для паровых и газовых турбин и/или энергоустановок и т.п., имеющим систему датчиков, которая предназначена для отслеживания заданных рабочих параметров и измеряемых данных, из которой они могут быть переданы на входную сторону узла центрального процессора системы управления, которая, в свою очередь, связывается на выходной стороне с элементами управления операциями турбин или энергоустановок и т.п., причем система датчиков имеет избыточные датчики.
В остальном изобретение относится к компоновкам датчиков для таких систем управления.
Уровень техники
Различные параметры отслеживаются в установках газовых и паровых турбин для обеспечения оптимальной работы. В этом контексте можно сделать ссылку, например, на компоновки систем датчиков, используемых для детектирования шумов в камерах сгорания газовых турбин или вибраций в частях турбины или на частях турбины, для управления рабочими параметрами так, чтобы обеспечивались низкие уровни вибрации или оптимальная рабочая последовательность.
В этом случае постоянно требуется отслеживать систему датчиков для обеспечения работы без ошибок и/или использовать сигналы датчиков для получения коррелированных переменных, которые необходимы для работы системы управления.
Поэтому узел центрального процессора может выполнять обширную предварительную работу перед генерированием выходных команд для элементов управления операциями или элементов для управления подачей топлива или воздуха в процесс сгорания. Их названия совпадают с названиями различных функций процессора, которые должны быть адаптированы к системе датчиков, используемой в каждом случае.
В результате возникает проблема последующих конструктивных модификаций системы датчиков, которые не могут быть непосредственно выполнены, например, поскольку модификации конструкции приводят к модификации формата сигнала системы датчиков, и этот модифицированный формат сигналов не может быть непосредственно обработан.
В WO 2004/005938 A1 раскрыто устройство для определения скорости вращения вращающегося устройства с избыточными датчиками и цепями оценки. Устройство, раскрытое здесь, построено из двух частичных устройств, которые расположены параллельно друг другу в форме отдельных каналов. Одного из частичных устройств достаточно для выполнения задачи отслеживания скорости вращения. Сигнал датчиков в каждом случае оценивают по двум цепям оценки. Избыточность "два из трех" обеспечивается в отношении сигналов скорости вращения в каждом частичном устройстве, то есть один, по меньшей мере, из трех сигналов скорости вращения, подаваемых на сигнальные входы каждого частичного устройства, может быть с ошибкой, но при этом не нарушается функция мониторинга каждого частичного устройства. Хотя достигается высокая степень доступности и надежности установки при таком техническом решении, к сожалению, в таком устройстве должны быть приняты повышенные затраты.
Раскрытие изобретения
Исходная точка изобретения основана на цели обеспечения системы управления, в которой высокая степень гибкости с точки зрения системы датчиков и, таким образом, более высокая степень надежности и доступности установки могут быть обеспечены при относительно низких затратах.
Эта цель достигается, в соответствии с изобретением, благодаря тому факту, что, по меньшей мере, некоторые избыточные датчики системы датчиков назначены схеме процессора, расположенной на стороне датчиков, которая постоянно проверяет соответствующий датчик(датчики), обеспечивая работу без ошибок, и защищает или блокирует входную сторону узла центрального процессора от поступления ошибочных сигналов от датчика(датчиков), и схема процессора стороны датчика только соответственно перенаправляет или дополнительно обрабатывает сигналы от датчика, который был идентифицирован как работающий без ошибок, в одном канале.
Соответственно, изобретение содержит компоновки датчиков, которые характеризуются датчиками с выделенной цепью процессора, которая постоянно отслеживает или проверяет безошибочную работу датчиков и передает на сторону выхода только сигналы, имеющие заданную корреляцию с сигналами из датчика, который был идентифицирован как работающий без ошибок.
Изобретение основано на общей концепции проверки безошибочной работы датчиков и приведения сигналов датчиков к требуемым условиям для контроллера центрального процессора, за пределами контроллера центрального процессора, в результате чего последний должен выполнять только "основные функции" по управлению рабочей последовательностью соответствующей установки.
В результате работа узла центрального процессора может быть, таким образом, ограничена чисто вычислительными функциями для определения оптимальных манипулируемых переменных для рабочих элементов. В отличие от этого, производство и формирование входных переменных, необходимых для соответствующего вычислительного процесса, "переданы во внешнее устройство".
В соответствии с одним предпочтительным вариантом воплощения изобретения предусмотрено предоставление известным способом системы датчиков, имеющей множество групп датчиков, каждая из которых состоит из избыточных датчиков для обеспечения возможности оптимальной рабочей последовательности, даже в случае неисправности отдельного датчика.
В случае такого варианта осуществления установки изобретение предпочтительно обеспечивает отдельную схему процессора, назначаемую для избыточных датчиков, формируя группу датчиков, при этом схема процессора отслеживает безошибочную работу каждого датчика и, если датчик в группе будет дефектным, дополнительно обрабатывают только сигналы от датчика, работающего без ошибок, в этой группе, для формирования входного сигнала для узла центрального процессора.
Одновременно, схема процессора, назначенная для группы датчиков, может управлять дисплеем, в результате в нем инициируется сигнал ошибки, и дефектный датчик может быть заменен при следующей возможности.
Поскольку схема процессора на стороне датчика, назначенная для группы датчиков, в любом случае дополнительно обрабатывает только сигналы от датчика, работающего без ошибок, и передает упомянутые сигналы в узел центрального процессора, в принципе, становится возможным заменять дефектный датчик во время работы соответствующей установки, при условии, что эти датчики расположены так, чтобы было удобно заменять датчики во время работы. В любом случае, работа системы управления не нарушается, в связи с тем, что системы датчиков связаны через сеть с узлом центрального процессора, в соответствии с изобретением, через схемы процессора на стороне датчика.
Дополнительные важные свойства и преимущества изобретения будут понятны из зависимых пунктов формулы изобретения, из чертежей и из приложенного описания фигур, используя чертежи.
Само собой разумеется, что свойства, упомянутые выше, и свойства, которые поясняются ниже, можно использовать не только в соответствующих указанных комбинациях, но также и в других комбинациях или по-отдельности, без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
Предпочтительные примерные варианты осуществления изобретения иллюстрируются на чертежах и поясняются более подробно в следующем описании, при этом идентичные номера ссылочных позиций обозначают идентичные или похожие, или функционально идентичные компоненты.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показаны схема группы датчиков и схема соответствующего процессора; на фиг.2 схематично показана примерная обработка сигналов датчика процессором на стороне датчика.
Описание изобретения
В соответствии с фиг.1 энергоустановка (не показана более подробно) может иметь избыточные датчики 1-3, которые могут использоваться для детектирования заданного параметра. Например, датчики 1-3 могут детектировать шумы в компоновке камеры сгорания установки газовой турбины или шумы установки паровой турбины и т.п. В соответствии с изобретением избыточные датчики 1-3 назначают схеме 4 процессора на стороне датчиков, работа которой поясняется дополнительно ниже. Такая схема 4 процессора перенаправляет сигналы датчиков после заданного приведения к требуемым условиям в узел 5 центрального процессора системы управления энергоустановкой. Узел центрального процессора затем генерирует, как общеизвестно, сигналы для приводов 6, которые, в свою очередь, управляют работой элементов управления, например для подачи топлива.
Такая схема 4 процессора на стороне датчиков имеет по меньшей мере один модуль 4′ процессора на входной стороне, который принимает сигналы от датчиков 1-3 и проверяет отсутствие ошибок в упомянутых сигналах. Эта проверка может выполняться, например, путем оценки спектра шумов датчиков. В принципе, однако, возможен любой требуемый тип проверки на ошибки. Если сигналы от всех датчиков 1-3 не содержат ошибки, выбирают один из датчиков 1-3 для перенаправления соответствующих сигналов датчика в соответствии, в принципе, с произвольными условиями в дополнительном модуле 4′′ процессора, который функционально работает наподобие переключателя.
Если модуль процессора определяет, что один из датчиков 1-3 работает с дефектами, модуль 4′′ процессора выбирает один из датчиков, работающих без ошибок, для перенаправления соответствующих сигналов датчика. В любом случае датчик, работающий с дефектами, исключают при перенаправлении его сигналов.
Сигналы датчика, соответственно, перенаправленные модулем 4′′ процессора, все еще могут быть "приведены к требуемым техническим условиям" в следующем модуле 4′′′ процессора. Это целесообразно в случае, например, когда узел 5 центрального процессора непригоден для непосредственной обработки соответствующих сигналов датчиков, поскольку он может обрабатывать только сигналы, подаваемые из сигналов датчика, например, после преобразования.
Это поясняется ниже на фиг.2. Без общего ограничения датчики 1-3 могут детектировать шумы. В случае работы без ошибок каждый датчик 1-3 генерирует выходной сигнал на основе времени t в соответствии с изображением на фиг.2. В этом случае А может представлять собой амплитуду движения диафрагмы, которая вибрирует аналогично звуковым вибрациям детектируемых шумов.
Далее, в качестве примера, предполагается, что узел 5 центрального процессора вообще не предназначен для непосредственной обработки выходных сигналов А. Вместо этого, узел 5 центрального процессора может быть разработан для обработки спектра звуковых колебаний для определения его выходных сигналов. Такой спектр показан, в качестве примера, на изображении В на фиг.2, где интенсивность I звуковых колебаний представлена в зависимости от частоты f.
Если в узле 5 центрального процессора теперь требуются сигналы в соответствии с изображением В на фиг.2, модуль 4′′′ процессора в схеме 4 процессора на стороне датчика может выполнить спектральный анализ и, таким образом, может преобразовать сигналы, соответствующие изображению А, в сигналы, соответствующие изображению В на фиг.2. В настоящем примере модуль 4′′′ процессора, таким образом, используется для преобразования сигналов из датчиков 1-3, работающих без ошибок, в сигналы, пригодные для работы узла центрального процессора. Модуль 4′′′ процессора, поэтому, имеет функцию интерфейса, так что соответствующим образом будут преобразованы только те сигналы, которые предназначены для узла 5 центрального процессора и могут быть обработаны узлом процессора в преобразованной форме.
Таким образом, нагрузка на узел центрального процессора может быть "облегчена" или он может быть разработан исключительно для выполнения "основных действий". Это одновременно обеспечивает преимущество, состоящее в том, что, в случае конструктивной замены датчиков и соответствующего изменения в структуре сигналов датчиков, необходимо только обеспечить соответствующим образом адаптированную схему 4 процессора на стороне датчика; при этом узел 5 центрального процессора может оставаться полностью без изменения. Это одновременно связано с преимуществом, состоящим в том, что узел 5 центрального процессора может иметь сравнительно простую конструкцию, поскольку тип выполняемых операций остается без изменений, даже если система датчиков будет изменена. Другая возможность преобразования сигнала поясняется со ссылкой на изображения А и С на фиг.2.
В этом примере датчики 1-3 могут детектировать колебания, тогда выходной сигнал А может представлять амплитуду детектируемых колебаний. Теперь предположим, что только распределение по частоте разных амплитуд достаточно для работы узла 5 центрального процессора. В таком случае модуль 4′′′ процессора может преобразовывать сигналы датчика, показанные в изображении А в представлении, в соответствии с изображением С, которое представляет частотное распределение Н разных амплитуд А.
В общем, изобретение может быть охарактеризовано тем, что группе избыточных датчиков 1-3 назначают схему 4 процессора на стороне датчиков, которая, с одной стороны, проверяет безошибочную работу датчиков и, соответственно, выбирает один из избыточных датчиков, работающих без ошибок, для перенаправления его сигналов датчика. При таком решении, в соответствии с изобретением, всегда существует один датчик, который предоставляет сигналы в узел 5 центрального процессора. Избыточность датчиков, таким образом, увеличивают для достижения более высокой степени надежности и доступности в системе защиты с одним каналом.
С другой стороны, схема 4 процессора на стороне датчика используется для преобразования сигналов датчика, которые должны быть переданы оптимальным образом для работы узла 5 центрального процессора, с тем результатом, что в узле 5 центрального процессора необходимо выполнять только "основные функции". Схема 4 процессора на стороне датчика, поэтому, выполняет предварительную работу для узла центрального процессора, в результате чего нагрузка последнего существенно облегчается и, в конечном итоге, он может иметь более высокую степень надежности.
Поскольку схема 4 процессора на стороне датчиков подавляет все сигналы от датчиков, работающих с дефектом, одновременно с этим обеспечивается возможность замены датчиков во время операции установки. В этом контексте, предпочтительно, для схемы 4 процессора на стороне датчиков, предусмотрена возможность управления дисплеем 7 для обозначения датчика, который должен быть заменен. Работы по инспекции, которые должны быть выполнены, также могут быть отображены, в случае необходимости, на дисплее 7. В принципе, дисплеем 7 также предварительно может управлять узел 5 центрального процессора, если соответствующая схема 4 процессора на стороне датчика передает соответствующую информацию в узел 5 центрального процессора, но управление дисплеем 7 схемой 4 процессора на стороне датчика является предпочтительным, поскольку схема 4, так или иначе, должна детектировать датчики, работающие с ошибками.
Список ссылочных позиций и обозначений:
1 - датчик
2 - датчик
3 - датчик
4 - схема процессора на стороне датчика
5 - узел центрального процессора
6 - драйвер
7 - дисплей
А - амплитуда
f - частота
Н - частота
I - интенсивность