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，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，它在中、低配變中得到了廣泛應用。據(jù)統(tǒng)計，目前在我國運行的油式變壓器有4萬多臺，而且每年將以l萬多臺的數(shù)量增加。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，及人們對供電能力及穩(wěn)定性要求的提高，對變壓器的安全、可靠運行及使用壽命也有了新的要求。油式變壓器的運行不穩(wěn)定或故障主要因為變壓器長時間運行時負荷增加或電力系統(tǒng)故障使變壓器的繞組溫度超過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，對變壓器的運行溫度進行實時監(jiān)測、控制以及對故障進行相應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，它主要用于對油式變壓器的保護，防止其繞組溫度過高而損壞變壓器。此外，它還具有綜合測溫和顯示功能，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)，通過遠距離測量傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)保護。隨著計算機控制技術(shù)在這方面的應用，溫度控制系統(tǒng)達到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進行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)計思路是：采用埋在三相繞組線中的Pt100鉑電阻溫度傳感器對三相繞組溫度實時測量，將溫度信號轉(zhuǎn)換為DC4～20mA標準的電流信號，在經(jīng)過前級電路處理后A/D轉(zhuǎn)換并送入單片機，由單片機發(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)行相應的動作。
：風機停止溫度; ：風機啟動溫度; ：超溫報警溫度; ：超高溫跳閘溫度。當三相繞組的最高溫度
風機停止工作;當
即變壓器溫度未被降低，而且已經(jīng)超過報警門限，此時，超溫報警常開觸點閉合，并由蜂鳴器和指示燈發(fā)出報警信號，還可手動啟動和停止風機，可保存變壓器斷電時的三相溫度值(溫度低于80℃不刷新記錄)，可檢測傳感器斷線和短路并發(fā)出報警信號。
3 溫度控制器的硬件構(gòu)成
WTZK-0.1溫控器整個硬件電路由控制主板、掉電保護電路、傳感器測溫電路、風機控制電路、報警跳閘電路、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，它具有以下幾個主要的優(yōu)點：① 向下兼容80C52;② 最大系統(tǒng)時鐘頻率可達到40MHz，內(nèi)嵌DSP計算引擎;③ 增強的存儲器體系結(jié)構(gòu)：內(nèi)部具有4K的RSAM，外部可擴展4K的程序存儲空間及4M的用戶數(shù)據(jù)空間;④ 具有兩個全功能CAN2.0B控制器，除標準的11位或29位報文描述符以外，芯片還支持兩個分開的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 測溫部分
精確地測溫是控溫的前提。由于鉑電阻溫度傳感器測溫精度高、穩(wěn)定性好，有較大的測量范圍，易于使用在自動測量和遠距離測量中。WTZK-0.1溫控器采用的是Pt100鉑電阻溫度傳感器，測溫范圍是-200～650℃，測溫精度達到0.5%FS。其電阻特性方程如下：
但在通常的測量中，電阻溫度的關(guān)系一般用近似的線形關(guān)系表示。在外接引線較長時，為減小誤差，常采用三線式電橋連接法或四線電阻測量電路。
3個Pt100分別埋在變壓器的三相繞組中，把檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換為DC4-20mA標準電流信號，經(jīng)過集成運算放大器LM324和A/DICL7135轉(zhuǎn)換等進行處理，最后送單片機。
3.3 超溫、跳閘、故障及報警部分
該部分是溫控器的重要組成部分，用以對異常情況及時動作，充分對變壓器進行保護[2]。溫控器內(nèi)有3個常開式繼電器，分別接上超溫、故障和跳閘信號，如圖3中所示。當某相有信號時，常開觸點閉合，執(zhí)行相應的動作。為了引起操作人員對異常信號的注意，WTZK-0.1的DS80C390的P1.4引腳裝置了聲光報警系統(tǒng)，由S8050三極管來驅(qū)動，主要用來對超溫、跳閘和傳感器故障進行聲光報警，同時控制面板上相應的指示燈點亮，對異常情況區(qū)別。
圖3 WTZK-0.1溫控器超溫、跳閘、故障及報警部分
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、能有效延伸數(shù)據(jù)傳輸距離、便于實現(xiàn)多種通信的串行通信方式。其接口標準是一種多發(fā)送器的電路標準，它擴展了RS-422A的性能，允許雙導線上1個發(fā)送器驅(qū)動32個負載設(shè)備(某些驅(qū)動器可接128個負載設(shè)備)，負載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或收發(fā)器，通訊距離可達1200m，這時傳輸速率為100kb/s，用中繼器，可再延長距離。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)省信號線，所以特別適合遠距離通信。MAX1487其組成的差分平衡系統(tǒng)抗干擾能力強，接收器可檢測低達200mV的信號，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個收發(fā)器，其輸入輸出的差動電壓符合RS-485標準，為±2～±6V。WTZK-0.1的通訊應用多機通訊技術(shù)，WTZK-0.1單元與監(jiān)控主機采用一主多從、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?。為了突出電源的重要性，把電源作為智能溫度控制器的一個子系統(tǒng)。在整個溫控器有幾個不同等級的電壓，它們分別是首先對輸入的220V進行整流，再通過電容濾波和7805、7905和7812等穩(wěn)壓器得到主板上各個芯片所需的直流電壓。
在整個硬件電路設(shè)計中考慮到干擾的存在，采用了一系列的保護措施，如光電隔離。對于SD80C390采用X25045(可編程看門狗電壓監(jiān)控及EEPROM)，X25045把常用的電壓監(jiān)控和EEPROM組合在一個單獨的封裝之內(nèi)。
4 總結(jié)
試驗表明WTZK-0.1溫控器控制精度達±2%，不僅功耗小、質(zhì)量輕、占空間不大、操作簡便，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、機構(gòu)箱、箱式變電站及各種開關(guān)柜和中置柜等溫度檢測及控制的場合，它是一種新型的智能化溫度控制器，且有著廣泛的應用前景。
參考文獻：
[1]王瑞堂、楊旭彬、李克智等，井下油式變壓器常見故障及處理[J].機械管理開發(fā)，2012(5)：107-109.
[2]WTZK-0.1操作使用說明書[C]，杭州華立儀表股份有限公司.
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