基于DSP的6KV電機無線測溫測振控制器

西安航天自動化股份有限公司　嚴勇鋒

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基于DSP的6KV電機無線測溫測振控制器

西安航天自動化股份有限公司嚴勇鋒

在電機運行過程中，通過監測其溫度與振動量變化，可及時發現可能存在的電機故障與事故隱患。傳統監測方法是分別通過鋪設電纜，埋設溫度傳感器來實現溫度監測；通過人工手持式振動測量儀實現振動數據的采集。本文針對某電廠輸煤系統6KV皮帶電機設計了一種基于DSP的無線測溫測振控制器，具備檢測精度高、響應速度快、組網便捷的優點，同時節省大量電纜。

DSP；輸煤系統；電機；溫度；振動

1　引言

某電廠輸煤系統6kV皮帶電機投入運行已近15年，溫度檢測元件已處于產品生命周期未端，大量檢測元件已損壞，使得6kV電機缺乏有效溫度監測保護裝置，存在安全風險。輸煤系統6kV電機除碎煤機外其余都沒有測振監測保護裝置，而碎煤機測振監測保護裝置也只是用開關量進入輸煤程控，不能有效監測振動變化的趨勢，日常維護也依靠技術人員定期用測振儀點溫計定點測量，不能有效全過程監測電機振動變化趨勢。

此次輸煤程控皮帶機測溫測振控制器是將皮帶機溫度和振動位移實時采集，通過無線設備傳輸至輸煤控制室，并增加至現有輸煤上位機監控軟件中實時顯示。每臺皮帶機電機安裝測溫測振傳感器，溫度傳感器緊固在電機外殼散熱片上，安裝方便；振動傳感器套在電機基座固定螺栓上，安裝拆卸方便。從而實現有效加強皮帶電機溫度振動檢測，為燃料輸煤系統正常運行提供可靠的保護。

2　系統總體設計

該系統主要包含兩部分：現場級負責就地電機溫度與振動的數據采集與就地顯示；控制級負責對所有站點數據的匯總與處理并與原輸煤系統進行通訊。

根據現場測控點的特性，溫度與振動均為模擬量并且變化率高，同時被測控設備比較離散；因此為了保證數據的準確及系統安裝維護的易用性，采用現場安裝測溫測振控制器，同時使用無線網絡作為系統的數據傳輸方式。

每一個測控設備，分別在就地安裝具有實時顯示功能的控制器，方便現場巡檢人員實時查看設備運行狀況；各測控點相對獨立，當系統需要進行維護時，無需整體隔離進行維護；測控設備的位置相對分散，使用無線傳輸方式可減少不必要的線纜連接。

通過位于集控室的中央處理器（網關）對現場數據的采集匯總，數據送到上位機，通過邏輯程序的加入實現對電機溫度與振動工作情況的報警功能；同時提供上位機實時數據與歷史數據的查看功能，方便維護人員在設備故障時進行排查。

3　測溫測振控制器

該控制器采用TMS2812DSP為中央處理器，包含溫度采集模塊、振動檢測模塊、LCD液晶顯示、無線通信模塊、EEPROM存儲模塊、報警模塊等。通過溫度傳感器、振動傳感器將電機實時狀態數據傳輸至測溫測振器AD采樣電路，DSP將測得的數據通過LCD顯示屏就地顯示，同時將該數據通過無線傳輸至網絡中繼器，并最終傳輸至上位機。而EEPROM存儲模塊可將控制器運行過程中產生的關鍵數據記錄并存儲，便于工作人員查詢、維修。

3.1DSP最小系統

TMS320F2812是TI公司應用較廣的一款產品，具有豐富的外設接口。數據及程序存儲量及AD采樣精度都較TMS320F2407有提高。由于F2812具有較強的運算能力，且其最小系統的搭建較為快捷和精準，可以簡化軟件開發，縮短開發周期，降低開發成本。

TMS320F2812最小系統包括電源電路、仿真接口電路、通訊接口電路等。其中電源電路采用TPS70351電源芯片，該芯片可以輸出1.8V電壓供DSP內核使用，亦可產生3.3V電壓供DSP外設及IO引腳使用。同時，該芯片具有較完善的散熱設計，保證設備整體的可靠性。

3.2溫度采集模塊

溫度采集模塊包含溫度傳感器、調理電路、AD采樣電路。其中溫度傳感器采用PT100熱電阻，該型傳感器測溫范圍廣、精度高、抗干擾能力強，在自動化領域應用廣泛。調理電路可將溫度傳感器輸出的0V---0.4V電壓信號轉換成0V—3V，便于AD采樣電路采集。AD采樣電路則選用了高精度采樣芯片AD7192，該芯片具備較強的抗干擾、抗浪涌能力，同時可達到24位的采樣精度。

經實驗得知，溫度傳感器精度存在一定漂移，因此，本文設計了一種溫度補償電路，該電路采用ADT7310溫度補償芯片，ADT7310是一款采用標準窄體SOIC封裝的高精度數字溫度傳感器。它包含一個帶隙溫度傳感器和一個13位ADC，可以0.0625度的分辨率對溫度進行監控和數字化。其分辨率可以通過在配置寄存器設置一個位來更改到16位、0.0078度的分辨率。

3.3振動檢測模塊

振動檢測模塊包含一個恒流源發生器、高精度采樣回路、調理電路等組成。在檢測過程中，恒流源產生一個微弱電流驅動振動傳感器，當被測物體開始振動后，經傳感器檢測，可將振動值轉換為4-20mA電流輸出。而后，該電流經過高精度采樣回路，在采樣電阻上產生壓降，轉換為DSP可采集的0-3V電壓信號。至此，即可完成振動狀態的檢測。

3.4LCD液晶顯示模塊

為便于巡檢人員觀察與記錄，本控制器具備LCD液晶顯示模塊。液晶顯示模塊可將被測物體的溫度值、振動值實時顯示，操作人員亦可通過矩陣鍵盤，進行報警閥值的設定。

3.5無線通信模塊

本文采用ZIGBEE芯片和DSP芯片相結合的方式，設計了基于ZIGBEE技術的無線通信模塊。該模塊集成了符合ZIGBEE協議標準的射頻收發器和微處理器，它具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網靈活等優點和特性；可實現一點對多點及多點對多點之間的設備間數據的透明傳輸；可組成星型和MESH型的網狀網絡結構。

ZIGBEE芯片采用CC2530，通過搭建外圍電路，使其與DSP芯片的最小系統相連接。DSP將采集到的溫度、振動數據，按照標準協議打包，經過無線鏈路，傳輸至上位機。上位機亦可將控制指令通過無線數據鏈路發送至就地的測溫測振控制器，實現報警閥值的遠程設定和地址設定。

因電廠輸煤現場較廣，建筑物遮擋較為嚴重，有些無線節點無法實現可靠通信。本文通過DSP控制核心，將中繼路由功能集成在DSP最小系統中，解決了無線信號遮擋的問題。

3.6EEPROM存儲模塊

在6KV電機運行過程中，其溫度和振動的變化需要記錄并形成記錄。本文采用AT24C512非易失性存儲芯片，可將測溫測振控制器的地址信息、被測物體的溫度信息、振動信息等過程數據存儲，可在上位機或LCD顯示模塊中，顯示歷史數據域和歷史曲線，便于后期對被測設備的運行狀況進行評估，亦可作為故障分析時的歷史參考數據。

3.7報警模塊

當測得的溫度數據、振動數據超出所設定的報警閥值時，需要在就地和遠方設備上進行報警輸出。本文采用聲光報警方式，實現故障報警功能。報警模塊包含兩路繼電器、蜂鳴器和交流指示燈。DSP與繼電器之間采用ADUM1400磁偶隔離技術，可防止繼電器誤動作。兩路繼電器分別連接蜂鳴器和交流指示燈，當滿足報警條件時，DSP驅動繼電器動作，隨后繼電器開啟蜂鳴器和交流指示燈，實現聲光報警的輸出。

4　結束語

本文設計的以TMS320F2812為基礎的無線測溫測振控制器，實現了6KV電機溫度和振動數據的高精度采集和無線數據傳輸。該控制器結構簡單、集成度高、便于組網，提高了生產效率，節省了人力物力。本控制器也可廣泛應用于自動化等其他領域。