溫度控制器技術(shù)論文(2)
溫度控制器技術(shù)論文篇二
WTZK溫度控制器的研究及應(yīng)用
摘 要： 介紹一種油式變壓器溫度控制的WTZK-0.1智能化儀器，敘述WTZK-0.1的原理和結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：油式變壓器;溫度控制器
1 引言
近二十年來(lái)，油式變壓器得到了迅速的發(fā)展。由于油式變壓器較油浸式變壓器顯出更多的優(yōu)點(diǎn)，它在中、低配變中得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在我國(guó)運(yùn)行的油式變壓器有4萬(wàn)多臺(tái)，而且每年將以l萬(wàn)多臺(tái)的數(shù)量增加。隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，及人們對(duì)供電能力及穩(wěn)定性要求的提高，對(duì)變壓器的安全、可靠運(yùn)行及使用壽命也有了新的要求。油式變壓器的運(yùn)行不穩(wěn)定或故障主要因?yàn)樽儔浩鏖L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)負(fù)荷增加或電力系統(tǒng)故障使變壓器的繞組溫度超過(guò)絕緣材料的耐熱極限而使絕緣材料失效，從而造成變壓器出現(xiàn)故障[1]。因此，對(duì)變壓器的運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制以及對(duì)故障進(jìn)行相應(yīng)的處理是十分重要的。
油式變壓器溫度控制器是隨油式變壓器而發(fā)展的，它主要用于對(duì)油式變壓器的保護(hù)，防止其繞組溫度過(guò)高而損壞變壓器。此外，它還具有綜合測(cè)溫和顯示功能，可顯示三相繞組的溫度(包括最高溫度、整定溫度以及用戶設(shè)定的溫度)，能指示超溫、超高溫、故障狀態(tài)，通過(guò)遠(yuǎn)距離測(cè)量傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化，比過(guò)去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多。在此，本文介紹一種以微處理器DS80C390芯片為核心作用的WTZK-0.1溫度控制器，如圖1。
圖1 WTZK-0.1溫度控制器
2 WTZK-0.1溫控器的原理
WTZK-0.1溫度控制器設(shè)計(jì)思路是：采用埋在三相繞組線中的Pt100鉑電阻溫度傳感器對(duì)三相繞組溫度實(shí)時(shí)測(cè)量，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)，在經(jīng)過(guò)前級(jí)電路處理后A/D轉(zhuǎn)換并送入單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)送命令，完成循環(huán)顯示三相繞組溫度、三相中的最高溫度與設(shè)定比較，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
?。猴L(fēng)機(jī)停止溫度; ：風(fēng)機(jī)啟動(dòng)溫度; ：超溫報(bào)警溫度; ：超高溫跳閘溫度。當(dāng)三相繞組的最高溫度
風(fēng)機(jī)停止工作;當(dāng)
即變壓器溫度未被降低，而且已經(jīng)超過(guò)報(bào)警門(mén)限，此時(shí)，超溫報(bào)警常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并由蜂鳴器和指示燈發(fā)出報(bào)警信號(hào)，還可手動(dòng)啟動(dòng)和停止風(fēng)機(jī)，可保存變壓器斷電時(shí)的三相溫度值(溫度低于80℃不刷新記錄)，可檢測(cè)傳感器斷線和短路并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
3 溫度控制器的硬件構(gòu)成
WTZK-0.1溫控器整個(gè)硬件電路由控制主板、掉電保護(hù)電路、傳感器測(cè)溫電路、風(fēng)機(jī)控制電路、報(bào)警跳閘電路、和電源等部分組成[2]，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
圖2 WTZK-0.1溫控器硬件結(jié)構(gòu)
3.1 核心部分
WTZK-0.1溫控器以微處理器DC80C390為核心，它具有以下幾個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)：① 向下兼容80C52;② 最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可達(dá)到40MHz，內(nèi)嵌DSP計(jì)算引擎;③ 增強(qiáng)的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)：內(nèi)部具有4K的RSAM，外部可擴(kuò)展4K的程序存儲(chǔ)空間及4M的用戶數(shù)據(jù)空間;④ 具有兩個(gè)全功能CAN2.0B控制器，除標(biāo)準(zhǔn)的11位或29位報(bào)文描述符以外，芯片還支持兩個(gè)分開(kāi)的8位媒介屏蔽寄存器和媒介仲裁寄存器;⑤ 高度集成;⑥ 抗EMI措施。內(nèi)部具有頻率乘法器，與80C52相比，在獲得同樣的鐘頻率前提下，它可以大大的降低外部晶振頻率。
3.2 測(cè)溫部分
精確地測(cè)溫是控溫的前提。由于鉑電阻溫度傳感器測(cè)溫精度高、穩(wěn)定性好，有較大的測(cè)量范圍，易于使用在自動(dòng)測(cè)量和遠(yuǎn)距離測(cè)量中。WTZK-0.1溫控器采用的是Pt100鉑電阻溫度傳感器，測(cè)溫范圍是-200～650℃，測(cè)溫精度達(dá)到0.5%FS。其電阻特性方程如下：
但在通常的測(cè)量中，電阻溫度的關(guān)系一般用近似的線形關(guān)系表示。在外接引線較長(zhǎng)時(shí)，為減小誤差，常采用三線式電橋連接法或四線電阻測(cè)量電路。
3個(gè)Pt100分別埋在變壓器的三相繞組中，把檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)集成運(yùn)算放大器LM324和A/DICL7135轉(zhuǎn)換等進(jìn)行處理，最后送單片機(jī)。
3.3 超溫、跳閘、故障及報(bào)警部分
該部分是溫控器的重要組成部分，用以對(duì)異常情況及時(shí)動(dòng)作，充分對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)[2]。溫控器內(nèi)有3個(gè)常開(kāi)式繼電器，分別接上超溫、故障和跳閘信號(hào)，如圖3中所示。當(dāng)某相有信號(hào)時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。為了引起操作人員對(duì)異常信號(hào)的注意，WTZK-0.1的DS80C390的P1.4引腳裝置了聲光報(bào)警系統(tǒng)，由S8050三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，主要用來(lái)對(duì)超溫、跳閘和傳感器故障進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)控制面板上相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，對(duì)異常情況區(qū)別。
圖3 WTZK-0.1溫控器超溫、跳閘、故障及報(bào)警部分
3.4 通訊部分
通訊部分采用RS-485串行通訊，RS-485是一種抗干擾能力強(qiáng)、能有效延伸數(shù)據(jù)傳輸距離、便于實(shí)現(xiàn)多種通信的串行通信方式。其接口標(biāo)準(zhǔn)是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了RS-422A的性能，允許雙導(dǎo)線上1個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)32個(gè)負(fù)載設(shè)備(某些驅(qū)動(dòng)器可接128個(gè)負(fù)載設(shè)備)，負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器或收發(fā)器，通訊距離可達(dá)1200m，這時(shí)傳輸速率為100kb/s，用中繼器，可再延長(zhǎng)距離。而且RS-485電路允許公用電話線通信，半雙工的通訊方式又可節(jié)省信號(hào)線，所以特別適合遠(yuǎn)距離通信。MAX1487其組成的差分平衡系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，接收器可檢測(cè)低達(dá)200mV的信號(hào)，是一種高速，低功耗，控制方便的異步通訊接口芯片。它適用于半雙工通信，通信傳輸線上最多可掛128個(gè)收發(fā)器，其輸入輸出的差動(dòng)電壓符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)，為±2～±6V。WTZK-0.1的通訊應(yīng)用多機(jī)通訊技術(shù)，WTZK-0.1單元與監(jiān)控主機(jī)采用一主多從、循環(huán)查詢方式。只由監(jiān)控軟件召喚溫控器數(shù)據(jù)，根據(jù)WTZK-0.1的地址依次發(fā)出各種命令要求，WTZK-0.1單元在接到命令后按照各項(xiàng)操作或上傳數(shù)據(jù)。
3.5 電源部分
電源在智能儀器中具有特殊的地位，一方面它為系統(tǒng)提供正常工作所需要的電能;另一方面，它是各種電磁干擾傳輸?shù)闹匾ǖ馈榱送怀鲭娫吹闹匾?，把電源作為智能溫度控制器的一個(gè)子系統(tǒng)。在整個(gè)溫控器有幾個(gè)不同等級(jí)的電壓，它們分別是首先對(duì)輸入的220V進(jìn)行整流，再通過(guò)電容濾波和7805、7905和7812等穩(wěn)壓器得到主板上各個(gè)芯片所需的直流電壓。
在整個(gè)硬件電路設(shè)計(jì)中考慮到干擾的存在，采用了一系列的保護(hù)措施，如光電隔離。對(duì)于SD80C390采用X25045(可編程看門(mén)狗電壓監(jiān)控及EEPROM)，X25045把常用的電壓監(jiān)控和EEPROM組合在一個(gè)單獨(dú)的封裝之內(nèi)。
4 總結(jié)
試驗(yàn)表明WTZK-0.1溫控器控制精度達(dá)±2%，不僅功耗小、質(zhì)量輕、占空間不大、操作簡(jiǎn)便，而且功能比較齊全。該溫控器可用于油式變壓器，還可以用于各種端子箱、斷路器、機(jī)構(gòu)箱、箱式變電站及各種開(kāi)關(guān)柜和中置柜等溫度檢測(cè)及控制的場(chǎng)合，它是一種新型的智能化溫度控制器，且有著廣泛的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
[1]王瑞堂、楊旭彬、李克智等，井下油式變壓器常見(jiàn)故障及處理[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2012(5)：107-109.
[2]WTZK-0.1操作使用說(shuō)明書(shū)[C]，杭州華立儀表股份有限公司.
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