CN107654994A

CN107654994A - 一种基于ptg502—can的锅炉管道异常压力检测系统

Info

Publication number: CN107654994A
Application number: CN201610590598.3A
Authority: CN
Inventors: 田荣侠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2018-02-02

Abstract

针对传统系统对火力发电厂蒸汽管道的异常压力检测准确性不高的难题，发明了一种基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统；整个系统采用分布式CAN网络控制体系，在锅炉管道的各个关键部位部署压力传感器PTG502对实时压强信号进行采集，检测网络中的所有压力信号经过处理后送入微控制器进行综合分析，微控制器根据设定好的程序算法判断哪些部位的压力异常，并将数据实时送人管道控制中心系统，从而使主控制中心及时采取停止加压、发出声光报警等措施，有效地减少了安全事故的发生；最后进行实验，实验结果表明：设计的系统稳定性强，检测数据的准确性大大提高，满足实际需求。

Description

一种基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统。

背景技术

火力发电生产中锅炉蒸汽管道的安全稳定是非常重要的，这其中包括主蒸汽管道、再热蒸汽管道、汽轮机抽汽管道、高压给水管道、安全阀排汽管道等各种管道。常规情况，控制中心只能检测整个管道的平均压力，而管道中的某些关键部位往往会出现压力异常的状况，这样就容易在这些部位发生安全事故，传统系统对火力发电厂蒸汽管道的异常压力检测准确性不高，系统容易出现波动，不能有效的对管道泄漏造成的安全事故进行避免

PTG502压力变送器采用高精度高稳定性电阻应变计/扩散硅/陶瓷做为变送器的感压芯片，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，将被测量介质的压力转换成4～20mA、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC等标准电信号。产品结构采用全封焊结构，使之产品的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能有了较大提高，产品最高压力可达到150MPa。产品过程连接部分和电气连接部分有多种方式，能够最大限度的满足用户的需求。1）、过程连接部分：可扩展为法兰接连、快速接口连接、毛细管连接等；2）、电气连接部分：可接二次就地显示仪表、防水密封连接等；3）、介质温度特性：-20～85℃、-20～150℃、-20～200℃、-20～300℃；4）、输出信号特性：0～20mA 、1～5VDC、0～2VDC、电压比例输出、RS485数字信号。PTG502压力变送器主要应用于液压及气动控制系统；石化、环保、空气压缩；电站运行巡检、机车制动系统；热电机组；轻工、机械冶金；楼宇自动化、恒压供水系统；其它自动化和检测系统；工业过程检测与控制；实验压力校验等。

发明内容

本发明的目的是针对传统系统对火力发电厂蒸汽管道的异常压力检测准确性不高的难题，设计了一种基于PTG50—CAN的锅炉管道异常压力检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统由锅炉模块、锅炉控制模块、检测控制模块、异常压力采集模块、压力传感模块、主控基站模块、执行模块、CAN总线连接模块3G／GPRS传输模块、异常压力数据处理模块、显示预警模块、数据存储模块等模块组成。整个网络采用分布式网络控制体系，检测网络以CAN总线连接多个主控基站的控制节点．每个控制节点连接多个执行器，根据管道的不同长度与分布灵活添加或删减控制节点或者压力执行器，从而可以实现此管道压力检测网络具有较好的可扩展性，可根据实际需求执行不同的异常压力检测任务，采集的数据通过CAN总线借助3G／GPRS传输送至异常压力数据处理中心再进行融合，并存储数据检测网络中处理压力异常结果实时预警，并且可以把分析结果存储到存储器中以方便进行总体综合分析。

所述的压力传感模块传感器采用PTG502芯体，PTG502芯体—般使用扩散硅制造，压力传感器PTG502工作过程为被检测管道内的汽压作用于传感器的膜片上，使膜片产生与汽压成正比的微位移，从而促使传感器的阻抗值发生改变，利用阻值的变化以及信号转换电路，从而转换为相对应的模拟电压信号。

所述的压力传感器采用高精度高稳定性电阻应变计作为变送器的感压芯片，并具有零点补偿、温度补偿以及满量程补偿等功能，其信号放大集成电路的稳定性好精度高，其处理后的输入信号为o～5 VDC的标准电信号。其结构采用全封闭结构，使之抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能大大提高，压力检测量程为1～150 MPa，可在-20～100℃的水温下正常工作。

所述的主控基站模块要根据在不同位置部署的高压或者低压传感器进行控制。

所述的异常压力数据处理模块中引入LPC2138微控制器，并基于嵌入式微控制器LPC2138为核心设计实现的。

所述的异常压力采集模块负责异常压力信号的采集，锅炉蒸汽管道压力模拟电信号的采集中，差分放大器LF353采用电压跟随器的设计，用以改善电子线路中的输出与输入阻抗性能，并消除随机干扰因素。

所述的模数(A／D)转换选用10位A／D转换芯片TLCl543进行处理，其模拟输入电压为0～+5V对应数字值0～1024。

所述的系统的CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信局域网络结构，这种结构非常适用于控制系统中的检测机构与执行机构之间的数据通信。

本发明的有益效果是：

基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统可实时获取锅炉蒸汽管道关键位置压力是否异常的数据，有利于保障整个管道的安全运行。系统采用模块化设计，具有较好的可扩展性与稳定性，选用的LPC21389嵌人式微处理器结构简单可靠，且设计成本不高，易于大量使用，整个系统经过多次实验测试，检测数据准确，运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进—步说明。

图1是系统总体架构稳定。

图2是主控基站模块硬件设计结构图。

图3是TLC1543芯片的A／D转换电路的硬件设计。

图4是CAN总线连接模块硬件设计结构图。

图5是系统软件工作流程设计。

图6是3G／GPRS传输控制模块流程。

具体实施方式

如图1所示，基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统由锅炉模块、锅炉控制模块、检测控制模块、异常压力采集模块、压力传感模块、主控基站模块、执行模块、CAN总线连接模块3G／GPRS传输模块、异常压力数据处理模块、显示预警模块、数据存储模块等模块组成。整个网络采用分布式网络控制体系，检测网络以CAN总线连接多个主控基站的控制节点．每个控制节点连接多个执行器，根据管道的不同长度与分布灵活添加或删减控制节点或者压力执行器，从而可以实现此管道压力检测网络具有较好的可扩展性，可根据实际需求执行不同的异常压力检测任务，采集的数据通过CAN总线借助3G／GPRS传输送至异常压力数据处理中心再进行融合，并存储数据检测网络中处理压力异常结果实时预警，并且可以把分析结果存储到存储器中以方便进行总体综合分析。

压力传感模块传感器采用PTG502芯体，PTG502芯体—般使用扩散硅制造，压力传感器PTG502工作过程为被检测管道内的汽压作用于传感器的膜片上，使膜片产生与汽压成正比的微位移，从而促使传感器的阻抗值发生改变，利用阻值的变化以及信号转换电路，从而转换为相对应的模拟电压信号。压力传感器采用高精度高稳定性电阻应变计作为变送器的感压芯片，并具有零点补偿、温度补偿以及满量程补偿等功能，其信号放大集成电路的稳定性好精度高，其处理后的输入信号为o～5 VDC的标准电信号。其结构采用全封闭结构，使之抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能大大提高，压力检测量程为1～150 MPa，可在-20～100℃的水温下正常工作。

如图2所示，主控基站模块要根据在不同位置部署的高压或者低压传感器进行控制，这些传感器压力信号在经过信号放大电路后按电压比例输出0～5 VDC模拟电信号，经过模数转换电路(A／D)后送入微控制器LPC2138进行信息处理，处理器中的软件程序对数据进行分析对比后，输出该部位承受的压力是正常还是异常状态，并通过串口通信发送给发电管理中心主控制单元，由主控制单元发送报警提示并采取应急措施，主控基站模块的控制节点还可以通过电液伺服装置对汽压信号进行模拟，通过压力反馈装置施加于压力传感器上，可用于对传感器检测指标的校正，从而保证传感器测量的准确性。

异常压力数据处理模块中引入LPC2138微控制器，并基于嵌入式微控制器LPC2138为核心设计实现的，LPC2138微控制器是基于—个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7口TDMI—S CPU的微控制器。其拥有的3个UART异步串I=I可用于检测网络各个控制节点之间的通信，拥有两个互连的CAN接口，其验收滤波器非常先进；拥有9个外部中断以及6路脉冲宽度调制(PWM)通道；拥有多个GPIO口使其非常适合于工业控制等领域的应用。

如图3所示，异常压力采集模块负责异常压力信号的采集，锅炉蒸汽管道压力模拟电信号的采集中，差分放大器LF353采用电压跟随器的设计，用以改善电子线路中的输出与输入阻抗性能，并消除随机干扰因素，最大供电电流仅为1.3 mA，体积小，增益G=1+100 kΩ／Rg，作为电压跟随器，增益为1，Rg=∞，LF353芯片的3脚接模拟电压信号的输出，7脚即为跟随器的输出。经由LF353调理为0～5 VDC模拟电信号后通过RC同相低通滤波后，送入10位A／D转换器TLCl543。模数(A／D)转换是将采集的压力电信号输入量转换为数字值的过程，A／D转换电路是整个数据采集部分的关键部件。根据系统性能指标以及系统信号特征．选用10位A／D转换芯片TLCl543进行处理，其模拟输入电压为0～+5V对应数字值O～1024。其中引脚A0为采集的模拟信号AD—IN的输入端，REF+和REF—为基准电压正负端，CS(15脚)为片选端，在CS端的—个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I／OCLOCK(18脚)和DA—TA 0UT(16脚)分别接入微控制器LPC2138的相应I／0口。ADDRESS(17脚)为串行数据输入端，是—个4位的串行地址用来选择下—个即将被转换的模拟输入或测试电压。

如图4所示，整个检测网络中的控制节点之间以及控制节点与管道控制中心系统之间的通信通过CAN总线连接实现。本发明所用的CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信局域网络结构，这种结构非常适用于控制系统中的检测机构与执行机构之间的数据通信。微控制器LPC2138实时对各传感器反馈信号进行模型解算，然后将计算结果发往总线。CAN通信模块的作用是连接检测网络各控制节点之间的通信，并将锅炉蒸汽管道布置的各传感器信号及各种故障信息实时发送给管道控制中心系统。CAN总线设计采用双绞线，而终端匹配电阻设计为120Q，CAN总线连接通信的数据传输速度为1Mbit／s。其中TJAl050芯片是驱动LPC2138的CAN控制器与物理总线间的接口，实现CAN控制器与总线的信号转换。使用高速光耦6N137在缓冲器和CAN驱动之间进行光电隔离，可以提升CAN总线通信的抗干扰能力。其次，采用小功率电源隔离模块B0505S对电源进行完全隔离，从而防止电源引起的干扰。其中，TJAl050的8脚S端接地表示选择高速模式。

如图5所示，在本系统的软件设计流程中，系统上电复位后，微处理器、CAN模块、A／D转换模块等初始化，系统实时检测外部压力电信号，微控制器LPC2138在接收到A／D转换数值后，进入中断处理该数据。通过主程序进行转换后，得出该传感器检测到的压强值，并根据通道号得出传感器的编号，可以获取该传感器所检测的锅炉蒸汽管道的具体部位，将计算的压强值与设定峰值进行对比，如果小于设定峰值则返回；如果大于设定峰值，则发出异常压力信号，并触发预警装置。系统检测网络通过CAN总线将检测数据实时发送给管道控制中心系统，主控制单元会根据异常压力数据对发电生产工作进行调整，待压力检测达到安全值后则进入正常生产状态。在CAN通信中，为了不引起指令丢失，需要在出现数据溢出、总线错误等异常情况时在中断处理中程序中及时进行处理。

如图6所示，根据3G／GPRS传输网络的特性，使用标准的以太网网口就可作为主站接1：3，采用软件方式在主站CPU中实现协议的识别和封装。在人员定位系统中，通过Java编程来实现网络通信与锅炉管道异常压力图像等数据的传输与预处理。

Claims

1.一种基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，由锅炉模块、锅炉控制模块、检测控制模块、异常压力采集模块、压力传感模块、主控基站模块、执行模块、CAN总线连接模块3G／GPRS传输模块、异常压力数据处理模块、显示预警模块、数据存储模块等模块组成；整个网络采用分布式网络控制体系，检测网络以CAN总线连接多个主控基站的控制节点．每个控制节点连接多个执行器，根据管道的不同长度与分布灵活添加或删减控制节点或者压力执行器，从而可以实现此管道压力检测网络具有较好的可扩展性，可根据实际需求执行不同的异常压力检测任务，采集的数据通过CAN总线借助3G／GPRS传输送至异常压力数据处理中心再进行融合，并存储数据检测网络中处理压力异常结果实时预警，并且可以把分析结果存储到存储器中以方便进行总体综合分析。

2.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的压力传感模块传感器采用PTG502芯体，PTG502芯体—般使用扩散硅制造，压力传感器PTG502工作过程为被检测管道内的汽压作用于传感器的膜片上，使膜片产生与汽压成正比的微位移，从而促使传感器的阻抗值发生改变，利用阻值的变化以及信号转换电路，从而转换为相对应的模拟电压信号。

3.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的压力传感器采用高精度高稳定性电阻应变计作为变送器的感压芯片，并具有零点补偿、温度补偿以及满量程补偿等功能，其信号放大集成电路的稳定性好精度高，其处理后的输入信号为o～5 VDC的标准电信号；其结构采用全封闭结构，使之抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能大大提高，压力检测量程为1～150 MPa，可在—20～100℃的水温下正常工作。

4.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的主控基站模块要根据在不同位置部署的高压或者低压传感器进行控制。

5.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的异常压力数据处理模块中引入LPC2138微控制器，并基于嵌入式微控制器LPC2138为核心设计实现的。

6.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的异常压力采集模块负责异常压力信号的采集，锅炉蒸汽管道压力模拟电信号的采集中，差分放大器LF353采用电压跟随器的设计，用以改善电子线路中的输出与输入阻抗性能，并消除随机干扰因素。

7.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的模数(A／D)转换选用10位A／D转换芯片TLCl543进行处理，其模拟输入电压为0～+5V对应数字值0～1024。

8.根据权利要求1所述的基于PTG502—CAN的锅炉管道异常压力检测系统，其特征是所述的系统的CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信局域网络结构，这种结构非常适用于控制系统中的检测机构与执行机构之间的数据通信。