您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
產(chǎn)品分類品牌分類
-
新能源電表 4G數(shù)據(jù)融合終端 多回路電表 遠(yuǎn)程抄表 電力監(jiān)測(cè) 無線傳輸電表 智能電力測(cè)控終端 無線計(jì)量電能表 4G智能電表 直流電表 環(huán)保用電 通信管理機(jī) 抄表采集設(shè)備 通信網(wǎng)關(guān)機(jī) 鐵塔基站 直流計(jì)量 能耗監(jiān)測(cè) 物聯(lián)網(wǎng)電表 組網(wǎng)模塊 APP電表 直流電能表 多用戶計(jì)量箱 無線計(jì)量儀表 環(huán)保電表 無線通信終端 宿舍電力儀表 多用戶多回路 導(dǎo)軌電能表 電能計(jì)量 電能表 網(wǎng)關(guān) 電能 多用戶電表 灌溉 預(yù)付費(fèi)
-
儲(chǔ)能柜系統(tǒng) 虛擬電廠平臺(tái) 光儲(chǔ)充監(jiān)控平臺(tái) 光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)維 能量管理系統(tǒng) 校園能源管理平臺(tái) 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng) 電池監(jiān)測(cè) 安全用電 現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)管理 綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 生物制藥 智慧水務(wù) 污水廠 綜合管廊 工廠 數(shù)據(jù)中心 高速公路 醫(yī)院 蓄電池 售電運(yùn)維 運(yùn)維云平臺(tái) 變電所運(yùn)維 銀行智慧用電 能源能耗管理 餐飲油煙監(jiān)測(cè) 能耗系統(tǒng) 電室安裝輔助監(jiān)控方案
電力系統(tǒng)中無線測(cè)溫裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
閱讀：776 發(fā)布時(shí)間：2022-1-4
摘要：無線溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在很大程度上能解決傳統(tǒng)溫度監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題。本文研究將無線接收模塊接收、遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度采集和傳輸系統(tǒng)檢測(cè)到的多點(diǎn)溫度值轉(zhuǎn)移到主機(jī)顯示。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：無線測(cè)溫裝置；電力系統(tǒng)；無線測(cè)溫；測(cè)溫傳感器；無線溫度傳感器；溫度傳感器
一、引言
電力系統(tǒng)對(duì)安全性有很高的要求，電力系統(tǒng)設(shè)備在長時(shí)間的使用過程中會(huì)老化或出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以解決，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，須嚴(yán)格監(jiān)視電力系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，其中對(duì)高壓開關(guān)柜觸點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常重要的任務(wù)。溫度可以間接反映電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，許多故障都會(huì)導(dǎo)致溫度異常，因此非常需要對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。而在惡劣的生產(chǎn)條件下（例如發(fā)電機(jī)局部放電）很難使用常見的測(cè)量方法進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，因此開發(fā)可靠且實(shí)用的多點(diǎn)溫度測(cè)量設(shè)備非常重要，無線技術(shù)可以用于克服現(xiàn)有有線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的許多缺點(diǎn)。
現(xiàn)有的成熟但研究不足的國外發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多使用電纜接線監(jiān)測(cè)，國內(nèi)大多數(shù)研究應(yīng)用也使用有線監(jiān)測(cè)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。本文主要分析發(fā)電機(jī)無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的配置和設(shè)計(jì)，以使更多的人可以了解設(shè)計(jì)中某些概念帶來的便利。
二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
ZigBee無線溫度控制系統(tǒng)主要由ZigBee協(xié)調(diào)器、上位機(jī)STM32F103ZE和ZigBee終端三個(gè)大型模塊組成。無線溫度測(cè)量系統(tǒng)的目的是通過ZigBee通信協(xié)議將分布在不同位置的溫度值傳輸給PC，以便PC處理信息。在ZigBee終端節(jié)點(diǎn)上，溫度信息通過熱電偶收集，然后通過無線LAN傳輸給ZigBee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收溫度信息，然后使用模糊比例積分微分算法計(jì)算控制量溫度。處理單元收集溫度傳感器的溫度，并通過通信單元發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。由于溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有體積小、功耗低、易于安裝和在多種環(huán)境下使用的特性，因此其使用電池供電。
三、測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)
測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊原理框圖如圖1所示，處理單元采用NEC單片機(jī)，由于NEC單片機(jī)具有低功耗特性，因此通信設(shè)備采用2.4 GHz頻段NRF24L01。該芯片支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信，在該模式數(shù)據(jù)通信的情況下，一個(gè)接收器工作在相同的頻帶中，并且發(fā)送六個(gè)接收器，同時(shí)將節(jié)點(diǎn)的ID人為地添加到通信協(xié)議中，從而可以擴(kuò)展更多的多點(diǎn)通信。
圖1 測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊原理框圖
顯示異常溫度測(cè)量點(diǎn)：通常將原始的兩點(diǎn)接地更改為單點(diǎn)接地，以處理發(fā)電機(jī)的異常溫度測(cè)量點(diǎn)，并更改每個(gè)通道測(cè)量回路的接地方法。它建立了溫度和負(fù)荷之間的相關(guān)性分析模型，根據(jù)負(fù)荷情況預(yù)測(cè)溫度變化趨勢(shì)，并為負(fù)荷控制提供決策依據(jù)。
四、無線測(cè)溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1系統(tǒng)總體框圖
整個(gè)溫度測(cè)量系統(tǒng)電路分為下位機(jī)和上位機(jī)兩部分。下位機(jī)負(fù)責(zé)定期收集溫度數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給上位機(jī)。主機(jī)用于將接收到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到與PC連接的通信控制器，框圖如圖2所示。
圖2 上位機(jī)與下位機(jī)總體框圖
4.2溫度采集端電路設(shè)計(jì)
一個(gè)無線收發(fā)器模塊和多個(gè)溫度傳感器構(gòu)成溫度收集部分，從而完成多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸；另一個(gè)無線收發(fā)器模塊完成溫度數(shù)據(jù)的接收，并通過RS232接口模塊上載數(shù)據(jù)。STM32提供待機(jī)、睡眠和關(guān)機(jī)三種低功耗模式，用戶可以執(zhí)行合理的系統(tǒng)優(yōu)化。該模塊使用四線SPI接口，CS引腳連接到微控制器的RC0，INT連接到微控制器的RB0，WAKE連接到微控制器的RC1，RESET連接到微控制器的RC2。溫度采集器的發(fā)射頻率為428 439 MHz，發(fā)射信號(hào)為單頻信號(hào)，不同的頻率代表不同的信號(hào)。接收到信號(hào)后，通過信號(hào)放大和濾波處理，然后轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的電信號(hào)以獲得溫度參數(shù)。
數(shù)據(jù)采集終端位于數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，由溫度傳感器、微控制器和射頻收發(fā)器組成。它通過射頻與數(shù)據(jù)接收器進(jìn)行無線通信。為了在設(shè)計(jì)中減小該系統(tǒng)的尺寸，采用了片上RF系統(tǒng)，并且在芯片上集成了一系列微控制器和RF收發(fā)器。
4.3無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)
無線收發(fā)器芯片的類型很多，在設(shè)計(jì)過程中無線收發(fā)器芯片的選擇非常重要，選擇合適的無線收發(fā)器芯片可以降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期并降低開發(fā)成本。無線傳感器節(jié)點(diǎn)和基站根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)使用2.4 GHz頻率進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)協(xié)調(diào)器使用RS232接口連接到PC，而RXD和TXD分別連接到微控制器的RX和TX引腳。協(xié)調(diào)器通過該接口將溫度數(shù)據(jù)從每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)可以通過VB調(diào)試接口讀取上傳的數(shù)據(jù)，以達(dá)到監(jiān)控目的。
在傳輸模式下，從壓控振蕩器（VCO）輸出的信號(hào)直接被傳輸?shù)焦β史糯笃鳎≒A）。RF輸出由添加到DIO引腳[稱為頻移鍵控（FSK）]的數(shù)據(jù)控制。內(nèi)部的T/R切換電路使天線的連接和匹配設(shè)計(jì)更加容易。PTR8000的工作電壓低，屬于低壓設(shè)備，在設(shè)計(jì)過程中就需要考慮這一點(diǎn)，STC89LE52微處理器用于連接設(shè)計(jì)，因此無須添加電平轉(zhuǎn)換電路，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。下行鏈路通過CAN總線或無線連接到溫度采集器，以從連接的傳感器獲取溫度信息，根據(jù)設(shè)置的參數(shù)分析溫度信息，確定是否產(chǎn)生警告信息。上行和主站系統(tǒng)之間的通信采用RS485接口，并根據(jù)特定協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
五、無線測(cè)溫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
5.1系統(tǒng)的整體軟件框圖
系統(tǒng)在編程時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)的主要功能模塊編譯為獨(dú)立的功能，由主程序調(diào)用，由于熱電偶安裝在發(fā)電機(jī)側(cè)并接地，因此從模塊側(cè)的接地中移除熱電偶信號(hào)可提高測(cè)量值。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，整個(gè)程序由測(cè)溫模塊、無線收發(fā)模塊、與PC的串行通信模塊組成。軟件系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)的所有部分都用于無線數(shù)據(jù)傳輸，因此，無線數(shù)據(jù)傳輸是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中重要的部分。
圖3 軟件系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)處理流程
ZigBee協(xié)調(diào)器程序的主要功能是設(shè)置局域網(wǎng)管理終端的節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)與STM32F03ZE的通信，而M32F03ZE主機(jī)程序主要實(shí)現(xiàn)與ZigBee協(xié)調(diào)器的通信并提供熟悉的人機(jī)界面。
5.2傳感器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)選擇TI的CC2430，芯片本身具有八個(gè)A/D，處理器和無線通信模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)由一個(gè)小型嵌入式系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能源供應(yīng)模塊四部分組成。數(shù)據(jù)接收模塊
在從一個(gè)獲取模塊接收數(shù)據(jù)之后或發(fā)生通信超時(shí)之后結(jié)束與模塊的數(shù)據(jù)通信，并開始向下一個(gè)數(shù)據(jù)獲取模塊發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令。當(dāng)所有數(shù)據(jù)采集模塊都與數(shù)據(jù)接收模塊匹配時(shí)，經(jīng)過一輪通信后，它會(huì)在數(shù)據(jù)采集模塊處重新啟動(dòng)，以此類推。
5.3下位機(jī)與上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)發(fā)送的命令的處理，該命令通過無線傳輸模塊發(fā)送到溫度采集模塊以選擇通道，然后發(fā)送無線接收信號(hào)，溫度參數(shù)被傳送到主機(jī)進(jìn)行處理。
5.3.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
下位機(jī)的主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的初始設(shè)置，定義PTR引腳，配置PTR并設(shè)置波特率。它從父計(jì)算機(jī)接收命令，確定父計(jì)算機(jī)選擇的信道，并根據(jù)該信道發(fā)送相應(yīng)的無線電。相應(yīng)的溫度采集模塊的通道地址采集溫度，然后通過無線傳輸模塊將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮战邮瞻鍖⑼ㄟ^串口接收到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理。
5.3.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件部分主要由數(shù)據(jù)編碼程序、數(shù)據(jù)解碼程序、初始化程序、數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷處理程序、RS-485通信程序和上位機(jī)主程序組成。無線數(shù)據(jù)收發(fā)器中斷處理程序與下位機(jī)的相同，并且所有程序均以IARC語言完成。當(dāng)通信控制器的輪詢信號(hào)點(diǎn)到達(dá)本機(jī)時(shí)，數(shù)據(jù)直接從存儲(chǔ)器中獲取并傳輸?shù)酵ㄐ趴刂破?，然后上傳到PC。下位機(jī)定期上載每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并定期更新內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。其中，由于外部或儀器質(zhì)量問題而引起的周跳對(duì)準(zhǔn)確觀測(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，它們通常少于10周，因此，可以使用關(guān)聯(lián)的軟件來解決小的循環(huán)跳躍問題并擴(kuò)大循環(huán)滑移值。在測(cè)量過程中，由于存在接地電位差，并且熱電偶負(fù)極的電阻比接地電阻大得多，因此電流直接連接到熱電偶測(cè)量環(huán)路，并且在熱電偶負(fù)極的熱電偶上會(huì)疊加一個(gè)額外的壓降以進(jìn)行測(cè)量。發(fā)生異常時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差值，因此DCS顯示值比實(shí)際溫度低。
六、實(shí)驗(yàn)與分析
該系統(tǒng)主要用作子系統(tǒng)，以在正常或測(cè)試期間監(jiān)視相關(guān)工作條件參數(shù)的變化。實(shí)時(shí)讀取串口采集模塊的全局變量，并實(shí)時(shí)顯示在界面上，以便操作人員或監(jiān)控人員在進(jìn)行相應(yīng)的處理后及時(shí)進(jìn)行分析。為了監(jiān)視發(fā)電機(jī)線圈、軸承等的溫度而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，鉑電阻傳感器由TPE橡膠包裹制成，經(jīng)過高溫處理后，三根引線也以相同的方式處理。在發(fā)電機(jī)定子的三相繞組內(nèi)部，每相內(nèi)置兩個(gè)三線溫度傳感器Pt100，以監(jiān)視繞組溫度。
在本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，表1列出了一些監(jiān)測(cè)溫度參量變化值。在表1中，當(dāng)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，繞組的A相測(cè)量溫度在65℃～75℃之間，低于警報(bào)值（發(fā)電機(jī)繞組絕緣為F級(jí)）；繞組B相的溫度在55℃～76℃之間，低于報(bào)警值，繞組C相的溫度在68℃～77℃之間，也低于報(bào)警值，滿足測(cè)試條件的參數(shù)值要求參數(shù)設(shè)置模塊實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控狀態(tài)量的報(bào)警參數(shù)設(shè)置，并連接數(shù)據(jù)庫模塊，將相應(yīng)的設(shè)置值存儲(chǔ)在參數(shù)表中，以備將來參考。事件歷史模塊主要調(diào)用數(shù)據(jù)庫不同時(shí)期的歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)狀態(tài)信號(hào)報(bào)警事件的查詢和顯示。
七、安科瑞測(cè)溫產(chǎn)品介紹
a.電池供電型無線溫度傳感器
安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/div>
目前無線溫度傳感器有三款：
b.CT感應(yīng)取電無線溫度傳感器
安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點(diǎn)等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/div>
目前無線溫度傳感器有兩款：
安科瑞無線測(cè)溫就地顯示配置：
ASD300/320智能操控裝置可連接12路無線溫度傳感器，ARTM-Pn無線測(cè)溫裝置可連接18路無線溫度傳感器，無源（CT取電）方式為ATE300（捆綁式安裝），有源（電池供電）方式為ATE100（螺栓式安裝，主要用于電纜/銅排等螺絲固定的搭接點(diǎn)）和ATE200（表帶式，主要用于斷路器觸頭等接點(diǎn)捆綁安裝，因安裝較ATE100更方便，電纜/銅排等搭接點(diǎn)也常選用）。
無線測(cè)溫帶操顯功能（就地顯示）
Acrel-2000T/B無線測(cè)溫壁掛式監(jiān)控設(shè)備，內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口，顯示器12寸，分辨率800*600，可選Web平臺(tái)/App服務(wù)器，柜體尺寸480*420*200（單位mm），配置IPAD,安裝ACREL-2000/T軟件。就地實(shí)時(shí)顯示溫度分布以及報(bào)警等詳細(xì)參數(shù)。
無線測(cè)溫采集設(shè)備配置方案
八、結(jié)束語
為了在發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用發(fā)電機(jī)溫度監(jiān)控，本文考慮了現(xiàn)場環(huán)境、技術(shù)要求、電磁兼容性、電路功耗等因素，以及設(shè)計(jì)計(jì)劃、設(shè)備選擇、硬件電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、微控制器程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。對(duì)無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置和設(shè)計(jì)的研究就是這樣的例子，并且常規(guī)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原本不可能發(fā)生的許多問題正在被更方便地解決。數(shù)據(jù)處理和分析是通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的，上位機(jī)軟件采用了可視化界面，使操作員操作起來更加直觀。在編程軟件的控制下，在PC的主軟件界面觸發(fā)命令按鈕，以將命令發(fā)送到接收器，接收到部分處理指令后，該指令將發(fā)送到下位機(jī)以選擇通道。溫度收集模塊在接收到命令后收集溫度并以無線方式收集溫度，將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到接收器。通過該系統(tǒng)能夠大大地提高工人的工作效率并基于ZigBee的收集模塊可以在工作條件下實(shí)時(shí)收集和顯示必要的更改。
【參考文獻(xiàn)】
[1]付興強(qiáng)，無線監(jiān)控系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用
[2]蔣 燕，發(fā)電機(jī)無線測(cè)溫與監(jiān)控系統(tǒng)研究
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版