干式變壓器溫控儀設計與應用

潘兆平 楊春 鄧世怡

摘要

在當今科學技術水平不斷發展的階段，單片機技術在工業以及軍工等各領域的應用越來越廣泛。本文通過對單片機的功能特點分析，結合目前成熟的信息采集技術，給出實時、可靠的干式變壓器溫控儀設計方案。

【關鍵詞】單片機 信息采集 實時 可靠

干式變壓器溫控儀（以下簡稱：溫控儀）主要是由溫度傳感器和微處理器（單片機）構成的智能儀器;它使用三只鉑電阻（溫敏電阻）作為溫度傳感器來測量干式變壓器三相繞組的溫度，根據設定的溫度值，啟停風機進行溫度控制，同時具有聲光報警功能，是保護干式變壓器的重要裝置。

1單片機的特點

1.1實時性

單片機可以在規定的時間內完成相應的任務，在執行完規定任務的同時，可對系統外部的異步事件做出快速響應。

1.2可靠性

單片機把各個功能部件都集成在一塊芯片上，內部采用總線結構，減少了各芯片之間的連接，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣的環境下工作。

1.3控制功能強

單片機是電子計算機這個龐大家庭的一個特是產品，體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適合用于專門的控制用途。為了滿足工業控制的要求，一般單片機的指令系統中有極其豐富的轉移指令，1/0口的邏輯操作以及為處理器功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微型計算機。

1.4優異的性價比

單片機采用了RISC流水線和DSP的技術，該技術可提高速度和執行效率，使單片機的性能明顯的優于同性能的微處理器;單片機的用途廣泛，生產單片機的廠家很多，因此，在保證性能的同時，低價格成為各廠商競爭的主要策略。

2溫控儀硬件平臺搭建

根據干式變壓器保護裝置的功能要求，溫控儀應具備溫度采集、三相溫度顯示、超溫報警、故障報警、超溫跳閘和風機啟停控制等功能，同時還須具備實時性和可靠性等特性，再結合單片機的技術特點，下文將從軟件和硬件兩個方面描述溫控儀的實現方案。

溫控儀原理方框圖見圖1。

該溫控儀方案，溫敏電阻選用Ptl00，放大器采用LM324，采樣器選用MicroChip公司的MCP3204轉換器，控制芯片選用MicroChip公司的PCI16C73單片機，采用數碼管顯示，用三極管C9013驅動蜂鳴器、繼電器等。溫控儀主要電原理圖見圖2。

3溫控儀軟件編程

單片機編程與硬件電路緊密相關，根據溫控儀功能和上述電原理圖，將軟件劃分為三部分：初始化、主循環和中斷服務程序，控制程序用C語言實現，編譯環境是MPLABX。

3.1初始化代碼設計

初始化代碼段主要功能是對系統的參數和狀態進行配置，主要代碼如下：

#include

CONFIG （HS& PROTECT& PWRTDIS& BOREN& WDTEN）;//定義芯片工作時的配置位

voidWrite_EPROM（unsigned char addressbyte，unsigned char data_byte）;

char Read_EPROM（unsigned char addressbyte）;////讀EPROM

short Read_Channel（char cn）;////讀取cn通道中的值并返回

void Calculate_V_T（char cn，float *V，floateT）;////采集并計算電壓V和溫度值T;cn通道號，1：表示1通道（PTlooA）;…

void Temperate_Control（void）;////對三路的溫度做判斷

void ScanFaceplate（char Num）;////顯示第Num個數碼管、指示燈和撲捉按鍵信息。

void Process_KeyDown（void）;////處理按鍵

……

3.2主循環代碼

主循環代碼段主要功能包括：實時對系統的三路溫度進行采集、超溫報警處理、故障報警處理、超溫跳閘處理、風機啟停控制處理和按鍵處理等，主要代碼如下：

void main（void）

{

////變量、端口及其初始化////

char Sample_Channel;///////采樣控制;1：表示采樣1通道（A通道）;

chari，j，View_Time;

short Svalue，Svaluel;

///寄存器及端口初始化

OPTION= Ox8F;

INTCON= OxCO;

LED_Num=Ox7F;/////只點亮CIR二極管

……

//////程序工作主循環//////////

while（l）

{

asm（“clrwdt”）;////加入一條匯編語句（清看門狗）

Process_KeyDown（）;/////查看是否有鍵被按下，若有處理

///////表示正常工作

/////////////

if（Glitter_Time>=200）///////0.6秒采樣一次，顯示一次

{

Glitter_Time=0;

Calculate VT（1，&v1，&y1）;

Calculate VT（2，&v2，&y2）;

Calculate_V_T（3，&v3，&y3）;

TemperateControl（）;

}//////End 0.6秒采樣一次，顯示一次

}////////End while

}

3.3中斷程序代碼設計

中斷服務程序由定時器驅動，主要功能是循環顯示三相溫度值和捕捉按鍵狀態，當報警狀況出現時，驅動蜂鳴器報警，主要代碼如下：

void interrupt ISR（void）

{

if （TMR11E&&TMR11F）////判TMR1中斷

{

TMR11F=O;//清除TMR1中斷標志

TMRIL=Ox47;

TMRIH=OxF4;/////定時3毫秒

if（Bell_True>=l）//////執行聲音報警

{

B el l_Time=BeII_Time+l;

}/////End執行聲音報警

Wait_ time=Wait_time+l;

Glitter Time=GlitterTime+l：

ScanFaceplate（Scan Num）;

Scan_Num=Scan Num+l;

if（Scan_Num>5）

Scan Num=0;

}

}

4溫控儀調校

由于分立元件的個體差異，盡管A路溫度采樣電路的匹配電阻R34、R35、R37與其它兩路（B路和C路）對應的電阻阻值選擇相同，但依然存在細微差異，導致對相同溫度進行采樣后，其計算溫度結果會不相同;因此，溫控儀還必須具有自校功能，可通過等效儀對本機進行校準，校準數據存與單片機內部的FLASH中;正常工作時，用該校準數據校正實際采樣計算結果，這樣可保證溫控儀的一致性和準確性。

5結論

綜上所述，該設計方案將單片機與傳感器（溫敏電阻）巧妙相結合，構成了新一代智能溫控儀，它能將傳感器初級變化后的電量作進行A/D變換，通過相關公式計算得出采樣點環境溫度，而后自動進行超溫報警、故障報警、超溫跳閘和風機啟停控制等處理;該溫控儀體積小，功耗低，能實時和準確地測量干式變壓器內部溫度，并根據測量值和閥值自動進行相應控制;因此，該溫控儀是干式變壓器保護裝置的理想選擇。

參考文獻

[1]MCP3204 Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.

[2]PIC16C73A Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.

[3]MPLABX Datasheet （PDF） - MicrochipTechnology.