计算机技术课程设计-变压器油温监测系统设计
计算机控制技术课程设计报告项目 名称变压器油温监测系统设计项 目 完 成 人学号专业班级9目录变压器油温监测系统4第一章 绪论41.1 课题设计背景41.2 设计目的及意义41.3 国内、外发展现状41.4 设计内容和技术路线5第二章 系统整体设计62.1 系统监测对象简介62.2 监测需求分析62.3 系统整体结构及工作原理72.3.1 结构框图72.3.2 工作原理72.3.3 各主要部件作用7第三章 系统硬件设计103.1 上位计算机选型103.2 控制器选型103.2.1 传感器选型103.2.2 A/D 扩展模块选型113.2.3 远程 I/O 模块的选型123.3 检测控制电路设计133.4 系统线路连接13第四章 系统软件设计144.1 总体设计144.1.1 软件功能需求分析144.1.2 软件整体设计图144.1.3 开发工具简介154.2 软件各功能模块设计154.2.1 创建工程项目154.2.2 制作图形画面164.2.3 定义串口设备174.2.4 定义变量184.2.5 建立动画连接194.2.6 程序设计204.2.7 程序测试与运行20第五章 设计总结215.1 系统设计总结215.2 设计过程总结21参考文献22变压器油温监测系统第一章 绪论1.1 课题设计背景现代化的工业企业广泛的采用电力作为能源，而发电厂发出的电力往往需经远距离传输才能到达用电地区。在传输的功率恒定时，传输电压越高，则所需的电流越小。因为电压降正比于电流。线损正比于电流的平方，所以用较高的输电电压可以获得较低的线路压降和线路损耗，要制造电压很高的发电机，目前技术很困难，所以要用专门的设备将发电机端的电压升高以后再输送出去，这种专门的设备就是变压器，变压器可以在进行远距离传输时升高电压可以减少线路上的电能损耗， 到达使用地区时降低电压可以满足不同用户的用电需求，进行阻抗匹配时，使用变压器联接可起到改变阻抗的作用，使用隔离变压器可以将两相电隔离防止触电事故的发生，所以变压器在工业中十分重要。1.2 设计目的及意义保证变压器的稳定运行是电力输送过程中不可忽视的事情，想要保证变压器的稳定运行就要保 证变压器的油温始终在一定范围内，因为变压器中的油在运行时主要起散热冷却作用，它不仅能对 绕组等起绝缘和绝缘保养作用(保持良好绝缘状态)，还能在高压引线处和分接开关接触点起消弧作 用,防止电晕和电弧放电的产生。若油温常超过 85 摄氏度，会使变压器绝缘层以及它附近的器件受到损坏，而且发热过高，会使整个电路的效率很低，因此实时监测变压器的油温是一件非常重要的 事。1.3 国内、外发展现状自二十世纪 80 年代以来，我国的变压器在线监测技术也得到了迅速发展。各个单位相继研制了不同类型的监测装置。电力科学研究院和西安交通大学最开始结合油中气体分析开展了用于绝缘诊断的专家系统的研究工作。另外重庆大学也研制”了电气设备绝缘在线监测及故障诊断统和变压器油中色谱在线监测及故障诊断系统，实现了对变压器油中六种溶解气体实现在线监测。中科院研制的油中氢气在线监测装置能实现对变压器油中氢气含量进行实时检测。解放军后勤工程学院和大连 理工大学研制的微水在线检测系统能对绝缘材料中的水分含量进行在线检测。宁波理 I 监测设备有限公司开发的 MGA2000-6 系列变压器色谱在线监测系统采用纳米晶半导体检测器实现了对六组分溶解气体、总烃含量和微水含量的在线实时检测"。国外对于变压器油的研究始于二十世纪 60 年代初,美国开始使用可燃气体总量(TCG)检测装置， 来测定变压器储油柜油面以上的自由气体，以判断变压器的绝缘状态。其后日本等国研究使用气相色谱仪分析自由气体同时分析油中溶解气体，便于发现早期故障。目前加拿大 SYPROTEC 公司的HYDRAN 系列监测设备在国内外拥有广泛的市场。日本三菱公司、英国 TROLX 公司、爱尔兰的PANAMETRIC 公司等采用催化燃烧结型传感器或氢燃料电池型可燃气体传感器开发了各式各样的变压器在线监测诊断装置，到 2000 年加拿大加创集团公司开发的 201-6 型六组分在线检测系统用于变压器的故障监控。变压器油中溶解气体在线监测诊断装置检测六种溶解气体组分(H2、CH4、 C2H6、C2H4、 C2H2、 C0) 已经成为了业内标准规格要求，所不同的是各个产品对六种组分气体检测的原理及精度和监测实时性的差别。1.4 设计内容和技术路线本课题采用 pt100 温度传感器为核心的监测装置。技术路线如图 1-1 所示：图 1-1 技术路线图第二章 系统整体设计2.1 系统监测对象简介该系统由电源、传感器、前端电路盒、 信号分配器、报警器、信号的采祥、 传输、处理等单元组成，其特征 在于电源部分采用电源耦合器，通过高频振荡将电压由低压侧向高压 侧传送；传感器采用 pt100 热电阻为热敏元件。检测对象为变压器中的油，它一方面起着绝缘的作用，使得变压器的铁芯、绕组、绝缘套管、分接开关、油箱之间起着相互绝缘的作用，另一方面起着冷却的作用，通过热对流循环方式保证变压器各个部分之间稳定工作;油温变高会影响变压器的老化，油质变坏，增加变压器工作异常的概率， 所以需要对变压器的油温进行测量，并根据油温的变化，设置报警点。油浸式变压器如图 2-1 所示：监测总图如图 2-2 所示：图 2-1 油浸式变压器图 2-2 监测总图2.2 监测需求分析（1）利用温度传感器监测变压器上层油温，通过信号调理电路转换为电压信号，送给现场显示仪和检测中心计算机显示、处理、记录和判断。(2)当超过规定上限温度时，发出警报。(3)信号调理电路采用温度变送器，将温度变化转化为 1-5V 标准电压值；输入、输出装置采用I/O 模块。2.3 系统整体结构及工作原理2.3.1 结构框图如图 2-3 所示 Pt100 温度传感器将检测到的变压器顶层油温转换为电压信号输入计算机，计算机根据输入值与设定值进行比较判断，输出开关信号控制执行机构发出。图 2-3 结构框图2.3.2 工作原理如图 2-4 所示，变压器油温监测的原理是利用铂丝的阻值随着温度的变化而变化，pt 后的 100 即表示它在 0C 时阻值为 100 欧姆，在 100C 时它的阻值约为 138.5 欧姆。将 Pt100 置于电桥中,当Pt 的阻值变化时，运放两端的电压差会发生变化，当采样到电压时，经过内部运放，计算出 Pt100 的阻值。将此温度下的阻值，与内部 ROM 记录的阻值相比较，然后线性化处理，就可以计算出此时条件下的温度值。再接着通过 D/A 模块，生成直流电压信号，送给现场显示仪和检测中心计算机显示、处理、记录和判断图 2-4 pt100 工作原理图2.3.3 各主要部件作用Pt100 温度传感器用于测出变压器顶层油的温度，将所测得的温度送入调理电路。调理电路将物理信号转化为电信号再将电信号通过模拟量输入装置送给计算机，计算机进行分析比对预先设置的温度值，将比对结果送给开关量输出装置，若测得温度高于预先设置的温度则执行机构出发报警装置。报警器：一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。报警器(alarm) ，分为机械式报警器和电子报警器。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。第三章 系统硬件设计3.1 上位计算机选型上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕用于显示音频信号变化。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。合适的上位机可以提高程序运行的效率以达到最佳效果。本系统中，上位计算机型选择 ThinkCentre E74 Y，下面对其配置进行简单介绍。最高搭载全新第六代智能英特尔酷睿 i7 处理器-6700，性能卓越；选用 512GB 固态硬盘，容量足够大，能够迅速响应，答复增强系统速度；DDR4 全新一代内存芯片，贷款频率提升至 2133MHz，提供更流畅的运行体验；显卡配备为 AMD Radeon R9 Series Graphics 独立显卡，支持 4K 输出、3D MARD11 跑分高达 6500 分；最大支持 32GB DDR4 内存，有效提升系统性能；具备 4 个 USB 3.0 接口。3.2 控制器选型3.2.1 传感器选型硬件选型选型是传感器工业设计中一项十分关键的工作，工艺流程、用户要求等因素，是硬件选型最为重要的参考依据。工业运用中，传感器具有很多不同种类的品种，功能各异，合理地选择性价比最高的传感器是一项很关键的工作。本次变压器上层油温监测系统设计中采用 pt100 温度传感器，如图 3-1 所示：图 3-1 pt100 温度传感器(1) pt100 温 度 传 感 器 分 度 表 及 其 特 点pt100 温度传感器的分度表从负的 50 摄氏度到正的 200 度摄氏都具有着不同的欧姆值，在实际的操作过程中需要自己的辨认、记录、计算，而且它的温度值相差的数值变化和欧姆值之间的变化是不一样的，但是欧姆值的变化并不是很大。同时 pt100 温度传感器还能够对湿度进行一定的测量， 它使用的湿度范围是 0%到 100%，很好的体现出了智能化的这一特点。19(2) pt100 温 度 传 感 器 的 工 作 领 域pt100 温度传感器是一种比较先进的全数字化的仪器，在使用的过程当中能够很好的对温度的变化进行有效的监控，所以它被广泛的运用于环境的监控系统、电力系统以及发展的比较快的工业自动化等领域，大大的帮助了操作人员的日常工作。(3) pt100 温度传感器的测量方法恒流恒压法：这种方法在构建恒流或者是恒压法之后，操作人员可以根据欧姆定律，计算出相应的 电阻 大小，然后查看分度表就可以知道相应电阻下的温度的大小了。(4) pt100 特性指标如图 3-2 所示图 3-2 pt100 特性指示图3.2.2 A/D 扩展模块选型A/D 转换器的品种繁多，性能各异，A/D 转换器的选择直接影响系统的性能。现从以下几个方面考虑 A/D 转换器的选型。1. 确定 A/D 转换器的位数在选择 A/D 器件之前，需要明确设计所要达到的精度。精度是反映转换器的实际输出接近理想输出的精确程度的物理量。在转化过程中，由于存在量化误差和系统误差，精度会有所损失。其中量化误差对于精度的影响是可计算的，它主要决定于 A/D 转换器件的位数。A/D 转换器件的位数可以用分辨率来表示。一般把 8 位以下的 A/D 转换器称为低分辨率 ADC，912 位称为中分辨率 ADC，13 位以上为高分辨率。A/D 器件的位数越高，分辨率越高，量化误差越小，能达到
