研發(fā)單片機智能處理系統(tǒng)檢測主變溫控器

摘 要：利用C++或匯編語言寫入單片機作為核心處理器，再與兩套數(shù)變模塊相結(jié)合，旁帶電流量通斷指示回路，構(gòu)成了一個智能處理系統(tǒng)。它能夠采集Pt100和溫度變送器的參數(shù)信號，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)相比對，還能整定節(jié)點開關(guān)，實現(xiàn)對主變溫控器的檢測。取代了繁瑣的人工運算，簡便、高效和智能化。

關(guān)鍵詞：C++；匯編語言；單片機；數(shù)變模塊；智能處理系統(tǒng)；檢測主變溫控器

1 研發(fā)背景

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，主變溫控器中單一的Pt100傳溫已經(jīng)滿足不了溫度監(jiān)控的要求。許多溫控器產(chǎn)品可以同時利用Pt100和溫度變送器進(jìn)行傳溫，在信號控制方面設(shè)置了多對節(jié)點，產(chǎn)品日益高端化。

在檢定高端的溫控器時比檢定簡單的溫控器要復(fù)雜得多。我們需要校驗指針式彈簧管壓力表、Pt100、溫度變送器、節(jié)點開關(guān)，置入溫度非電量定值并核對控制信號。但在此之前只能使用萬用表、溫度轉(zhuǎn)化器等工具進(jìn)行簡單的測試，然后經(jīng)過反復(fù)的人工計算判定其誤差，校驗引入了更多的不確定度。可謂校驗工作繁瑣、不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差增大而影響后臺計算機的監(jiān)測。這種粗糙式的校驗方式所表現(xiàn)出來的缺點為“現(xiàn)場溫度指示與后臺溫度顯示誤差過大”。

主變溫控器安裝于開關(guān)場的變壓器本體上，經(jīng)二次回路連接于測控柜，再將溫度信號輸入監(jiān)控計算機。當(dāng)發(fā)生溫度缺陷時，需要停電查找問題。由于缺乏專用的測試儀器，我們往往得花費大量的時間和人力來檢查整個溫控器系統(tǒng)。變壓器本體端距離主控室較遠(yuǎn)，檢查項目多，給我們的排查工作帶來諸多不便。這樣的缺陷診斷處理方式，工作效率不高、缺乏科技檢測含量、作業(yè)風(fēng)險因素增加，同時造成了不必要的電力負(fù)荷損失和經(jīng)濟(jì)損失。

我們迫切希望有一套專業(yè)的智能檢測裝置，能夠簡單、智能的檢定溫控器。這套檢測裝置還能幫助我們迅速診斷溫度缺陷，做出科學(xué)判斷，避免不必要的電力負(fù)荷損失。為此“研發(fā)主變溫控器智能檢測裝置”的想法應(yīng)運而生。在研究了溫控器的傳溫原理及機械構(gòu)造后，我們萌生了“利用C++或匯編語言寫入單片機作為核心處理器，與兩套數(shù)變模塊相結(jié)合，旁帶電流量通斷指示回路，構(gòu)成一個智能處理系統(tǒng)，用于檢測主變溫控器。”的研究思路。經(jīng)過不斷的努力嘗試，最終研制成功。

2 研發(fā)單片機智能處理系統(tǒng)

2.1 電氣原理設(shè)計

溫控器（溫度表）內(nèi)的Pt100和溫度變送器主要用于傳溫，無論是校驗溫控器或排查溫度缺陷，我們都必須對這兩個元件進(jìn)行檢測。我們采用兩個高精度的數(shù)變模塊，將Pt100輸出的電阻信號和溫度變送器輸出的1-10V直流電壓信號分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4-20mA直流電流信號。再將4-20mA直流電流信號輸送給單片機模塊。單片機模塊將接收到的實時4-20mA電流信號進(jìn)行運算處理：一方面轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值；另一方面跟標(biāo)準(zhǔn)電流比對計算其誤差，并根據(jù)溫控器的準(zhǔn)確度等級判斷是否超差或合格。單片機的運算處理結(jié)果通過數(shù)字式觸摸顯示器進(jìn)行實時動態(tài)顯示。

K1-K4節(jié)點開關(guān)用于控制冷卻器風(fēng)扇的啟停和高溫報警及跳閘信號。通過節(jié)點開關(guān)可置入溫度非電量保護(hù)定值。定值置入的正確性須靠整定節(jié)點開關(guān)的切換差和通斷狀態(tài)來體現(xiàn)。對此我們設(shè)計了一個8回路的電流量通斷指示器用于整定K1-K4節(jié)點開關(guān)。當(dāng)節(jié)點開關(guān)接通時，指示器對應(yīng)的LED指示燈亮，否則為暗。（圖1）

2.2 軟件程序開發(fā)

單片機采集到的4-20mA直流電流經(jīng)過編輯好的程序進(jìn)行運算處理。軟件程序依據(jù)溫度值與4-20mA電流值、標(biāo)準(zhǔn)電流值的函數(shù)關(guān)系式而編寫，其寫入語言可以是C++或匯編代碼。單片機能夠依托軟件程序取代繁瑣的人工計算和判斷，實現(xiàn)多點檢測的高效和智能化。

例如當(dāng)我們使用Pt100測量30℃標(biāo)準(zhǔn)溫度時，Pt100輸出電阻信號經(jīng)數(shù)變模塊轉(zhuǎn)化成4-20mA范圍內(nèi)的電流信號Ia，然后Ia送至單片機被采集，跟30℃對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電流Ib相減，差值為Ic。最后Ic經(jīng)過代數(shù)運算換算成對應(yīng)的誤差溫度D1，誤差溫度的絕對值記為D<允差絕對值（量程×準(zhǔn)確度%），判斷為“合格”或“正常”，否則為“不合格”或“異常”。

2.3 控制面板布局

控制面板上設(shè)置了插拔式電源插頭、單片機及數(shù)顯屏控制開關(guān)、通斷指示器LED燈、數(shù)字式觸摸顯示屏、Pt100接線柱、溫度變送器接線柱、節(jié)點開關(guān)接線柱。特別值得一提的是通過數(shù)字式觸摸顯示屏可輕松實現(xiàn)對裝置程序操控。整個面板布局美觀大方。（圖2）

3 處理系統(tǒng)用于檢測溫控器

3.1 溫控器檢定

檢定溫控器時，可將控制面板上K-LED處的8芯線分別連至溫控器K1-K4節(jié)點、控制面板Pt100處的3芯線連至溫控器內(nèi)的Pt100、控制面板4-20mA處的2芯線連至溫度變送器，然后在觸摸屏上設(shè)置最大允差并點擊“測試”菜單即可。裝置會自動對Pt100和溫度變送器計算其誤差，做出智能判定。溫控器中節(jié)點開關(guān)的整定可通過L1-L4指示燈的狀態(tài)進(jìn)行操作。

使用處理系統(tǒng)檢定溫控器比使用萬用表檢定溫控器引入的不確定度小，能縮小綜合誤差，避免繁瑣的人工計算，簡單、方便、智能。對于溫控器的詳細(xì)檢定內(nèi)容根據(jù)相關(guān)規(guī)程進(jìn)行，此處不再另行介紹。

3.2 溫度缺陷診斷

目前電力市場的溫控器綜合了彈簧管式液體壓力溫度計、Pt100測溫儀、溫度變送器于一身，形成了功能強大的復(fù)合型產(chǎn)品。這3個元件都能準(zhǔn)確測量溫度，工作時彼此互不影響，Pt100或溫度變送器還能將溫度遠(yuǎn)傳為后臺數(shù)字信號（現(xiàn)場一般只選擇一種方式）。平時所謂的“主變油面溫度”是指“溫控器上的指針式儀表所指示溫度”或者“后臺測控上的數(shù)字顯示溫度”。我們采用了不同的測量方式來監(jiān)測主變油面溫度，避免采用單一測量造成盲區(qū)。

集多種測溫元件于一身的溫控器雖然提供了多種測溫選擇，但如果其中一個元件損壞將會造成“現(xiàn)場指針指示溫度和后臺溫度不一致”的問題。例如某臺變壓器的現(xiàn)場指針表指示油溫30℃，后臺測控數(shù)字顯示溫度55℃。這樣的溫度缺陷，在此之前我們必須停電從現(xiàn)場指針表檢查到后臺測控，針對每個部件和回路進(jìn)行排查。工作量大，工作地點多，工作不方便。現(xiàn)在我們使用處理系統(tǒng)（主變溫控器智能檢測裝置）來診斷這樣的溫度缺陷將省去很多不必要的麻煩，能夠迅速準(zhǔn)確地對故障原因進(jìn)行科學(xué)判斷。只需要在現(xiàn)場溫控器或者在后臺測控簡單的測試就能找出故障原因，在安全條件允許的某些情況下還能帶電作業(yè)。

如圖3所示，現(xiàn)場指針式表和后臺數(shù)顯是兩個獨立的部件，互相構(gòu)成參照。兩者指示的油面溫度不一致時，卻無法做出判斷。當(dāng)我們引入智能檢測裝置后，增加了一個參照物，形成3個標(biāo)準(zhǔn)。利用“3W”法原則，我們可以根據(jù)“2+1”模式迅速找出其中一個有問題的元件。也就是說3個參照物中，其中一個跟另外兩個不一致，即可認(rèn)為是存在問題。而對于這3個彼此獨立的參照物，指針表和數(shù)顯同時全部出現(xiàn)問題的概率是極其低的（對80塊損壞的溫控器進(jìn)行統(tǒng)計，沒有出現(xiàn)同時損壞的情況）。我們智能檢測裝置作為測試設(shè)備使用，其合格性能夠得以保障，那么3個參照物同時出現(xiàn)問題的概率幾乎不可能，將排除這種極端情況。

使用處理系統(tǒng)診斷溫度缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單操作、迅速診斷、準(zhǔn)確處理。

參考文獻(xiàn)

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