電站壓力參數的單片微機檢測儀

摘　要　介紹一種以單片微機為核心的可測量壓力的新型智能儀器。該檢測儀可消除現在普遍使用的現場(chǎng)安裝壓力表或短距離毛細管傳輸壓力表所存在的觀(guān)察不便的缺陷，具有測量準確、能減輕值班人員勞動(dòng)強度、可遠距離傳送測量數據進(jìn)行集中監控等優(yōu)點(diǎn)。

　　發(fā)電廠(chǎng)(站)的壓力參數包括發(fā)電機、汽輪機、水輪機等旋轉機械設備在運行過(guò)程中需要測量的各處油壓、汽壓或水壓。由于這些壓力參數可以反映出旋轉機械設備的運行狀態(tài)，所以只有準確地加以測量，才能使上述設備的正常運行有保障�，F在發(fā)電廠(chǎng)(站)使用的各種壓力測量?jì)x，一般都采用現場(chǎng)安裝壓力表或短距離毛細管傳輸壓力表，需要安裝在要測量的壓力現場(chǎng)附近，由值班人員定時(shí)巡查記錄。這樣的測量方式，不但值班人員勞動(dòng)強度大，而且無(wú)法做到隨時(shí)觀(guān)察各處壓力參數的變化，難以預防事故發(fā)生于未然。

　　本文介紹的單片微機壓力檢測儀，是一種能夠遠距離測量壓力參數的智能儀器。在單片微機的管理下，檢測儀的測量過(guò)程完全是自動(dòng)進(jìn)行的，工作狀態(tài)的轉換操作也非常簡(jiǎn)單，測量結果既可以用顯示器顯示或打印機打印，也可以送至上位計算機進(jìn)行遠距離集中監控，便于實(shí)現發(fā)電廠(chǎng)(站)管理的自動(dòng)化和現代化。

1　電路的構成和原理

　　檢測儀共有8路檢測通道，各路通道的模擬放大電路及基準電源電路均相同，而壓力傳感器的輸入則按實(shí)際需要選擇不同量程的壓力傳感器。壓力傳感器分別為各路壓力檢測通道的測壓元件，當壓力作用于傳感器時(shí)，芯片上的電橋在壓力的作用下出現不平衡，輸出正比于壓力變化的電壓信號，基準電源采用恒流源電路給電橋供電。從傳感器輸出的信號是比較小的，須經(jīng)過(guò)模擬放大電路放大。為了消除放大電路的輸出端的溫漂，采用了基本差動(dòng)運算放大電路。

　　由于檢測儀具有對多路測壓點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)巡回檢測的功能，所以需用自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)對多個(gè)壓力傳感器送出的信號進(jìn)行選取。為此，采用了CMOS8選1多路模擬開(kāi)關(guān)(選用4051)，由它控制8路通道的通斷狀態(tài)，相當于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)。從多路轉換開(kāi)關(guān)輸出的信號是模擬量，在把它輸入單片機運算處理之前，必須先轉換成數字量，完成這一功能的電路就是A／D轉換器。檢測儀使用了MC1433雙積分型A／D轉換器，其工作原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，然后用計數器記下此時(shí)間間隔內的時(shí)基脈沖的數目。

　　由于單片機本身提供的資源如I／O口、定時(shí)器／計數器、串行口等不能滿(mǎn)足要求，因此需要在單片機上擴展其它外圍接口芯片。由于MCS-51系列單片機的外部RAM和I／O是統一編址的，所以可以把單片機外部64KBRAM空間的一部分作為擴展I／O的地址空間，這樣單片機就可以象訪(fǎng)問(wèn)外部RAM一樣訪(fǎng)問(wèn)外部接口芯片，對其口進(jìn)行讀寫(xiě)操作。檢測儀采用具有I／O接口和計時(shí)器的靜態(tài)RAM8155作為I／O并行接口電路。

　　撥碼盤(pán)分為始點(diǎn)值撥碼盤(pán)和終點(diǎn)值撥碼盤(pán)，其作用是根據實(shí)際需要設置當檢測儀進(jìn)行巡回檢測時(shí)的輸入通道始點(diǎn)值和終點(diǎn)值。

　　撥碼開(kāi)關(guān)的每一位數碼開(kāi)關(guān)對應一路輸入通道，并用來(lái)設置該通道的測量范圍。當一輸入通道壓力輸入量程不大于2.000MPa時(shí)，該通道的撥碼開(kāi)關(guān)設置為“OFF”；當一輸入通道壓力輸入量程大于2.000MPa時(shí)，該通道的撥碼開(kāi)關(guān)設置為“ON”。檢測儀將根據撥碼開(kāi)關(guān)設置的量程進(jìn)行運算，以提高低壓力量程范圍的數據精度。

　　顯示譯碼電路(74LS247)則將BCD碼譯成十進(jìn)制數字，再由數碼管顯示壓力檢測通道的序號和各測壓點(diǎn)的壓力值。

　　操作顯示電路的作用是用來(lái)切換及顯示檢測儀的工作狀態(tài)。

　　打�。�通信接口電路的作用是把測量結果用打印機打印出來(lái)，或把測量數據傳至上位計算機進(jìn)行遠距離監控。

　　檢測儀的工作原理是這樣的：每一路通道的壓力傳感器的輸出信號經(jīng)模擬放大電路進(jìn)行線(xiàn)性放大，然后由多路轉換器的模擬電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇，并經(jīng)濾波后，由A／D轉換器轉換成數字量，再經(jīng)I／O并行接口輸入到單片微機進(jìn)行運算，運算處理后的通道號和壓力值最后經(jīng)I／O并行接口送至顯示譯碼器進(jìn)行譯碼顯示。

2　壓力檢測主程序

　　按照檢測儀的工作原理而設計的壓力檢測主程序的流程圖如圖2所示。

3　抗干擾措施

3.1　硬件的抗干擾措施

　　在電源方面，一是在交流部分連接了壓敏電阻，從而隔離了可能出現的尖峰過(guò)電壓；二是對某些單元電路采用恒壓集成塊供電，如恒流源電路的基準電壓和A／D轉換器的參考電壓均是這樣處理。其次，在多路轉換器輸出線(xiàn)與A／D轉換器的輸入電壓Ux引腳之間，串接了一個(gè)二階有源低通濾波器，它能夠有效地抑制高頻干擾信號。此外，檢測儀采用的A／D轉換器是雙積分型，其轉換結果與輸入電壓在采樣階段所經(jīng)歷的時(shí)間內的平均值成正比，故對對稱(chēng)交流干擾或尖峰脈沖干擾具有很強的抑制能力。

3.2　軟件的抗干擾措施

　　對于來(lái)自被測信號源本身、傳感器或外界干擾等干擾源的不規則的隨機干擾信號，可以用數字濾波方法予以削弱或消除。由于在工業(yè)測量和控制等應用場(chǎng)合，經(jīng)常會(huì )遇到尖脈沖干擾的現象，這種干擾通常只會(huì )影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數據，使此數據與其它采樣點(diǎn)的數據相差較大，所以采用了防脈沖干擾平均值法。此法類(lèi)似于體操比賽等采用的評分方法，既可濾去脈沖干擾，又可濾去小的隨機干擾。

4　技術(shù)指標和性能評價(jià)

　　本檢測儀可在0～50℃的環(huán)境下正常工作，壓力測量范圍為0～10MPa，測量分辨率為0.001MPa，壓力傳感器的輸入通道可達8個(gè)。為了便于安裝和使用，其外殼采用了面板式儀表的國際標準外形結構。

　　這種檢測儀已在某水電站2臺1.6MW水輪發(fā)電機組上連續運行了超過(guò)2a時(shí)間，工作情況一直正常。

　　與現在普遍使用的發(fā)電站壓力檢測儀相比，本檢測儀有著(zhù)顯著(zhù)的優(yōu)越性，主要體現在如下方面：

　　a)是一種由單片微機控制的智能儀器，完全實(shí)現對發(fā)電廠(chǎng)(站)壓力參數的現場(chǎng)外全自動(dòng)檢測。利用其配備的打�。�通信接口，可以很方便地隨時(shí)把檢測結果送至打印機列表打印，或送至上位計算機進(jìn)行遠距離集中監控。

　　b)具有多通道壓力檢測功能，每一通道的壓力傳感器均配置相同且獨立的模擬放大電路與恒流源電路，并采用了多路轉換的電子模擬開(kāi)關(guān)，使得檢測儀能長(cháng)期穩定和可靠地運行。

　　c)結構簡(jiǎn)單，成本不高，工作狀態(tài)轉換操作方便；抗干擾能力強，測量準確度高；性能穩定，不需要專(zhuān)門(mén)的維護保養。


作者：華南理工大學(xué)電力學(xué)院何志偉　黃少先　張岳勻

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