摘　要：給出了采用CPLD的水輪發電機組轉速監控系統的設計原理和VHDL的語言描述，該設計具有結構簡單、成本低和抗干擾性能強等特點。

1　概　述

轉速數據是水輪發電機組運行狀況的重要標志之一。準確地測量機組的轉速并根據轉速的變化及時地進行各種必要的控制操作，以保證水輪發電機組正常、安全運行，是該監控裝置應完成的功能。

目前，國內水電站使用的大多是永磁發電機加電壓繼電器式、機械式等舊式轉速信號器，存在結構復雜、測量精度低、工作可靠性差等缺點。本文所述的水輪發電機組轉速監控系統是采用CPLD(ComplexProgrammable Logic Device)及少量的接口器件構成的，系統的功能結構描述采用VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage)。由于采用的CPLD芯片能夠高密度、高速度、高性能地實現復雜數字系統的設計，使硬件設計大大簡化。具有設計硬件結構簡單、測量精度高、抗干擾能力強等特點。

2　設計原理

硬件結構如圖1所示。CPLD芯片是整個系統設計的核心器件。

2.1　轉速傳感器

本設計中的轉速傳感器采用光電式脈沖編碼器，與待測發電機主軸同軸相連。傳感器上均勻分布有60個感光孔，使轉速為n的水輪發電機，每分鐘有60n個脈沖輸出，即每秒有n個脈沖，故可以通過對傳感器的輸出脈沖頻率fp的測量得到水輪發電機的轉速值n(脈沖頻率fp與轉速n在數值上相等)。

2.2　輸入電路

輸入電路由施密特觸發器和光電耦合器件構成，對光電傳感器的輸出脈沖信號進行整形放大，并實現光電傳感器與CPLD的輸入隔離，提高系統的工作可靠性。

2.3　CPLD芯片

由于所有的Altera系列器件都使用CMOS處理工藝，與雙極型工藝相比，具有功耗更低、可靠性更FLEX10K系列CPLD芯片。

FLEX(Flexible Logic ElementMatrix，可更改邏輯單元陣列)10K系列器件是嵌入式PLD產品，每個FLEX10K器件包含一個嵌入式陣列和一個邏輯陣列。嵌入式陣列由一些嵌入式陣列塊(EAB)組成，用于實現各種復雜的邏輯功能。邏輯陣列由邏輯陣列塊組成，用于實現通用邏輯。FLEX10K器件采用可重構的CNOSSRAM單元，其結構集成了實現通用多功能門陣列所需的全部特征，器件容量可達1萬～25萬門。具有功耗低(多數器件在靜態模式下電流小于0.5 mA)、互連方式靈活、支持多電壓I/O接口等特點，能夠高密度、高速度、高性能地將整個系統集成于單個器件中。表1提供了FLEX10K系列典型器件的特性。

考慮本系統的性能、經濟性等因素，選用EPF10K10器件完全能滿足設計要求。