研發單片機智能處理系統檢測主變溫控器

摘 要：利用C++或匯編語言寫入單片機作為核心處理器，再與兩套數變模塊相結合，旁帶電流量通斷指示回路，構成了一個智能處理系統。它能夠采集Pt100和溫度變送器的參數信號，轉化成相應的電參數與標準參數相比對，還能整定節點開關，實現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。

關鍵詞：C++；匯編語言；單片機；數變模塊；智能處理系統；檢測主變溫控器

1 研發背景

隨著科學技術的發展，主變溫控器中單一的Pt100傳溫已經滿足不了溫度監控的要求。許多溫控器產品可以同時利用Pt100和溫度變送器進行傳溫，在信號控制方面設置了多對節點，產品日益高端化。

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、節點開關，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、溫度轉化器等工具進行簡單的測試，然后經過反復的人工計算判定其誤差，校驗引入了更多的不確定度?？芍^校驗工作繁瑣、不嚴謹，導致系統誤差增大而影響后臺計算機的監測。這種粗糙式的校驗方式所表現出來的缺點為“現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場的變壓器本體上，經二次回路連接于測控柜，再將溫度信號輸入監控計算機。當發生溫度缺陷時，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。變壓器本體端距離主控室較遠，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、作業風險因素增加，同時造成了不必要的電力負荷損失和經濟損失。

我們迫切希望有一套專業的智能檢測裝置，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，做出科學判斷，避免不必要的電力負荷損失。為此“研發主變溫控器智能檢測裝置”的想法應運而生。在研究了溫控器的傳溫原理及機械構造后，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，與兩套數變模塊相結合，旁帶電流量通斷指示回路，構成一個智能處理系統，用于檢測主變溫控器?！钡难芯克悸?。經過不斷的努力嘗試，最終研制成功。

2 研發單片機智能處理系統

2.1 電氣原理設計

溫控器（溫度表）內的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行檢測。我們采用兩個高精度的數變模塊，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換成相應的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電流信號進行運算處理：一方面轉換成相應的溫度值；另一方面跟標準電流比對計算其誤差，并根據溫控器的準確度等級判斷是否超差或合格。單片機的運算處理結果通過數字式觸摸顯示器進行實時動態顯示。

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

2.2 軟件程序開發

單片機采集到的4-20mA直流電流經過編輯好的程序進行運算處理。軟件程序依據溫度值與4-20mA電流值、標準電流值的函數關系式而編寫，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，實現多點檢測的高效和智能化。

例如當我們使用Pt100測量30℃標準溫度時，Pt100輸出電阻信號經數變模塊轉化成4-20mA范圍內的電流信號Ia，然后Ia送至單片機被采集，跟30℃對應的標準電流Ib相減，差值為Ic。最后Ic經過代數運算換算成對應的誤差溫度D1，誤差溫度的絕對值記為D<允差絕對值（量程×準確度%），判斷為“合格”或“正?！?，否則為“不合格”或“異常”。

2.3 控制面板布局

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

3 處理系統用于檢測溫控器

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節點、控制面板Pt100處的3芯線連至溫控器內的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。溫控器中節點開關的整定可通過L1-L4指示燈的狀態進行操作。

使用處理系統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。對于溫控器的詳細檢定內容根據相關規程進行，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合型產品。這3個元件都能準確測量溫度，工作時彼此互不影響，Pt100或溫度變送器還能將溫度遠傳為后臺數字信號（現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“后臺測控上的數字顯示溫度”。我們采用了不同的測量方式來監測主變油面溫度，避免采用單一測量造成盲區。

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場指針表指示油溫30℃，后臺測控數字顯示溫度55℃。這樣的溫度缺陷，在此之前我們必須停電從現場指針表檢查到后臺測控，針對每個部件和回路進行排查。工作量大，工作地點多，工作不方便?，F在我們使用處理系統（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，能夠迅速準確地對故障原因進行科學判斷。只需要在現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。

如圖3所示，現場指針式表和后臺數顯是兩個獨立的部件，互相構成參照。兩者指示的油面溫度不一致時，卻無法做出判斷。當我們引入智能檢測裝置后，增加了一個參照物，形成3個標準。利用“3W”法原則，我們可以根據“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，指針表和數顯同時全部出現問題的概率是極其低的（對80塊損壞的溫控器進行統計，沒有出現同時損壞的情況）。我們智能檢測裝置作為測試設備使用，其合格性能夠得以保障，那么3個參照物同時出現問題的概率幾乎不可能，將排除這種極端情況。

使用處理系統診斷溫度缺陷，能夠實現簡單操作、迅速診斷、準確處理。

參考文獻

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