研发单片机智能处理系统检测主变温控器

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摘 要：利用C++或汇编语言写入单片机作为核心处理器，再与两套数变模块相结合，旁带电流量通断指示回路，构成了一个智能处理系统。它能够采集Pt100和温度变送器的参数信号，转化成相应的电参数与标准参数相比对，还能整定节点开关，实现对主变温控器的检测。取代了繁琐的人工运算，简便、高效和智能化。

关键词：C++；汇编语言；单片机；数变模块；智能处理系统；检测主变温控器

1 研发背景

随着科学技术的发展，主变温控器中单一的Pt100传温已经满足不了温度监控的要求。许多温控器产品可以同时利用Pt100和温度变送器进行传温，在信号控制方面设置了多对节点，产品日益高端化。

在检定高端的温控器时比检定简单的温控器要复杂得多。我们需要校验指针式弹簧管压力表、Pt100、温度变送器、节点开关，置入温度非电量定值并核对控制信号。但在此之前只能使用万用表、温度转化器等工具进行简单的测试，然后经过反复的人工计算判定其误差，校验引入了更多的不确定度。可谓校验工作繁琐、不严谨，导致系统误差增大而影响后台计算机的监测。这种粗糙式的校验方式所表现出来的缺点为“现场温度指示与后台温度显示误差过大”。

主变温控器安装于开关场的变压器本体上，经二次回路连接于测控柜，再将温度信号输入监控计算机。当发生温度缺陷时，需要停电查找问题。由于缺乏专用的测试仪器，我们往往得花费大量的时间和人力来检查整个温控器系统。变压器本体端距离主控室较远，检查项目多，给我们的排查工作带来诸多不便。这样的缺陷诊断处理方式，工作效率不高、缺乏科技检测含量、作业风险因素增加，同时造成了不必要的电力负荷损失和经济损失。

我们迫切希望有一套专业的智能检测装置，能够简单、智能的检定温控器。这套检测装置还能帮助我们迅速诊断温度缺陷，做出科学判断，避免不必要的电力负荷损失。为此“研发主变温控器智能检测装置”的想法应运而生。在研究了温控器的传温原理及机械构造后，我们萌生了“利用C++或汇编语言写入单片机作为核心处理器，与两套数变模块相结合，旁带电流量通断指示回路，构成一个智能处理系统，用于检测主变温控器。”的研究思路。经过不断的努力尝试，最终研制成功。

2 研发单片机智能处理系统

2.1 电气原理设计

温控器（温度表）内的Pt100和温度变送器主要用于传温，无论是校验温控器或排查温度缺陷，我们都必须对这两个元件进行检测。我们采用两个高精度的数变模块，将Pt100输出的电阻信号和温度变送器输出的1-10V直流电压信号分别转换成相应的4-20mA直流电流信号。再将4-20mA直流电流信号输送给单片机模块。单片机模块将接收到的实时4-20mA电流信号进行运算处理：一方面转换成相应的温度值；另一方面跟标准电流比对计算其误差，并根据温控器的准确度等级判断是否超差或合格。单片机的运算处理结果通过数字式触摸显示器进行实时动态显示。

K1-K4节点开关用于控制冷却器风扇的启停和高温报警及跳闸信号。通过节点开关可置入温度非电量保护定值。定值置入的正确性须靠整定节点开关的切换差和通断状态来体现。对此我们设计了一个8回路的电流量通断指示器用于整定K1-K4节点开关。当节点开关接通时，指示器对应的LED指示灯亮，否则为暗。（图1）

2.2 软件程序开发

单片机采集到的4-20mA直流电流经过编辑好的程序进行运算处理。软件程序依据温度值与4-20mA电流值、标准电流值的函数关系式而编写，其写入语言可以是C++或汇编代码。单片机能够依托软件程序取代繁琐的人工计算和判断，实现多点检测的高效和智能化。

例如当我们使用Pt100测量30℃标准温度时，Pt100输出电阻信号经数变模块转化成4-20mA范围内的电流信号Ia，然后Ia送至单片机被采集，跟30℃对应的标准电流Ib相减，差值为Ic。最后Ic经过代数运算换算成对应的误差温度D1，误差温度的绝对值记为D

2.3 控制面板布局

控制面板上设置了插拔式电源插头、单片机及数显屏控制开关、通断指示器LED灯、数字式触摸显示屏、Pt100接线柱、温度变送器接线柱、节点开关接线柱。特别值得一提的是通过数字式触摸显示屏可轻松实现对装置程序操控。整个面板布局美观大方。（图2）

3 处理系统用于检测温控器

3.1 温控器检定

检定温控器时，可将控制面板上K-LED处的8芯线分别连至温控器K1-K4节点、控制面板Pt100处的3芯线连至温控器内的Pt100、控制面板4-20mA处的2芯线连至温度变送器，然后在触摸屏上设置最大允差并点击“测试”菜单即可。装置会自动对Pt100和温度变送器计算其误差，做出智能判定。温控器中节点开关的整定可通过L1-L4指示灯的状态进行操作。

使用处理系统检定温控器比使用万用表检定温控器引入的不确定度小，能缩小综合误差，避免繁琐的人工计算，简单、方便、智能。对于温控器的详细检定内容根据相关规程进行，此处不再另行介绍。

3.2 温度缺陷诊断

目前电力市场的温控器综合了弹簧管式液体压力温度计、Pt100测温仪、温度变送器于一身，形成了功能强大的复合型产品。这3个元件都能准确测量温度，工作时彼此互不影响，Pt100或温度变送器还能将温度远传为后台数字信号（现场一般只选择一种方式）。平时所谓的“主变油面温度”是指“温控器上的指针式仪表所指示温度”或者“后台测控上的数字显示温度”。我们采用了不同的测量方式来监测主变油面温度，避免采用单一测量造成盲区。

集多种测温元件于一身的温控器虽然提供了多种测温选择，但如果其中一个元件损坏将会造成“现场指针指示温度和后台温度不一致”的问题。例如某台变压器的现场指针表指示油温30℃，后台测控数字显示温度55℃。这样的温度缺陷，在此之前我们必须停电从现场指针表检查到后台测控，针对每个部件和回路进行排查。工作量大，工作地点多，工作不方便。现在我们使用处理系统（主变温控器智能检测装置）来诊断这样的温度缺陷将省去很多不必要的麻烦，能够迅速准确地对故障原因进行科学判断。只需要在现场温控器或者在后台测控简单的测试就能找出故障原因，在安全条件允许的某些情况下还能带电作业。

如图3所示，现场指针式表和后台数显是两个独立的部件，互相构成参照。两者指示的油面温度不一致时，却无法做出判断。当我们引入智能检测装置后，增加了一个参照物，形成3个标准。利用“3W”法原则，我们可以根据“2+1”模式迅速找出其中一个有问题的元件。也就是说3个参照物中，其中一个跟另外两个不一致，即可认为是存在问题。而对于这3个彼此独立的参照物，指针表和数显同时全部出现问题的概率是极其低的（对80块损坏的温控器进行统计，没有出现同时损坏的情况）。我们智能检测装置作为测试设备使用，其合格性能够得以保障，那么3个参照物同时出现问题的概率几乎不可能，将排除这种极端情况。

使用处理系统诊断温度缺陷，能够实现简单操作、迅速诊断、准确处理。

参考文献

[1]蔡振江.单片机原理及应用[M].机械工业出版社，ISBN711120218X.

[2]范巧成.计量基础知识[M].中国计量出版社，ISBN978-7-5026-1892-6.

[3]邱关源.电路（第5版）[M].高等教育出版社，ISBN978-7-04-019671-9.

[4]王卫东.模拟电子技术基础[M].电子技术出版社，2010.