CN214374795U - 绝缘油中微量气体在线监测控制装置及应用该装置的系统 - Google Patents

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CN214374795U CN202023086871.XU CN202023086871U CN214374795U CN 214374795 U CN214374795 U CN 214374795U CN 202023086871 U CN202023086871 U CN 202023086871U CN 214374795 U CN214374795 U CN 214374795U
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范竞敏
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Abstract

本实用新型提供了绝缘油中微量气体在线监测控制装置,包括,控制模块;看门狗电路模块、存储模块、信号采集模块、多位ADC模块、多路温度测量模块、多路隔离输入驱动、多路隔离输出驱动、多路光隔离继电器驱动、RS232接口,用于进行控制模块的调试;RS485接口,用于与远程的监控主机通信连接;时钟电路模块,用于产生时钟信号,以使所述装置稳定运行。通过各路模块的相互配合,能够实现绝缘油中微量气体在线监测相关设备的自动控制以及绝缘油中微量气体在线监测得到的数据的保存,同时通过RS485接口使多个绝缘油中微量气体在线监测控制装置与监控主机共同组成绝缘油中微量气体在线监测控制系统,能够对多个地点进行绝缘油中微量气体在线监测。

Description

绝缘油中微量气体在线监测控制装置及应用该装置的系统
技术领域
本实用新型涉及电力监测领域,具体涉及绝缘油中微量气体在线监测控制装置及应用该装置的系统。
背景技术
现有的绝缘油中微量气体检测设备的相关控制装置不够完善,难以具备色谱柱以及检测器的精密温度控制、色谱信号的高精度数据收集、色谱流程以及油气分离模块的自动控制,远程通信等绝缘油中微量气体在线监测系统所需要的功能。
发明内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的问题之一,本实用新型提供绝缘油中微量气体在线监测控制装置及应用该装置的系统。
本申请提出了绝缘油中微量气体在线监测控制装置,包括,
控制模块,包括单片机以及与所述单片机适配的FPGA芯片;
看门狗电路模块,与所述控制模块电连接,用于在所述控制模块发生运行错误时,控制所述控制模块重新启动;
存储模块,与所述控制模块电连接,用于存储数据;
信号采集模块,一端与环境温湿度传感器、微水传感器、压力传感器以及二氧化碳传感器,另一端与所述控制模块电连接,用于将传感器采集到的数据放大并传入所述控制模块;
多位ADC模块,用于将色谱信号的模拟信号转化成数字信号传输至所述控制模块;
多路温度测量模块,用于采集色谱柱以及SOFC检测器的温度信息,并将所述温度信息传输至所述控制模块;
多路隔离输入驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与液位开关连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述液位开关进行控制;
多路隔离输出驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与固态继电器连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述液位开关进行控制;
多路光隔离继电器驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与电磁阀连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述电磁阀进行控制;
RS232接口,用于进行控制模块的调试;
RS485接口,用于与远程的监控主机通信连接;
时钟电路模块,用于产生时钟信号,以使所述装置稳定运行。
进一步,所述看门狗电路模块具体包括由DS1832芯片控制的看门狗电路。
进一步,所述时钟电路模块具体包括由DS1302芯片控制的时钟电路,具体的所述时钟电路包括,
第一电阻,一端分别与所述DS1302芯片的Vcc2引脚以及第一电容的一端连接,另一端连接电源电压,所述第一电容的另一端接地;
第二电阻,一端与所述DS1302芯片的SCLK引脚连接,另一端连接电源电压;
第三电阻,一端与所述DS1302芯片的I/O引脚连接,另一端连接电源电压;
第四电阻,一端与所述DS1302芯片的CE引脚连接,另一端连接电源电压;
第二电容,一端分别与所述DS1302芯片的Vcc1引脚以及第一二极管的负极连接,另一端接地,所述第一二极管的正极连接电源电压;
所述DS1302芯片的GND引脚接地,所述DS1302芯片的X1以及X2引脚分别连接晶振的两端。
进一步,所述控制模块具体包括型号为Samsung公司的S3C2410的ARM9系列单片机以及型号为Lattice公司的LCMX02280的FPGA芯片。
进一步,所述信号采集模块具体包括,采用型号为LM358AD的OP放大器为主要元件组成的4-20mA模拟量采集电路。
进一步,所述多路温度测量模块具体为3路,其中一路具体为PT100温度传感器,另外两路具体为K型热电偶,所述K型热电偶还配置有AD620仪表放大器,分别用于检测色谱柱以及SOFC检测器的温度信息。
进一步,所述存储模块具体为CF卡存储器模块,具体的容量为32G。
进一步,上述多位ADC模块具体为包括AD7793芯片的24位模数转换器的ADC数据采集电路。
本申请还提出绝缘油中微量气体在线监测控制系统,应用了上述方案中任一项所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,包括,
多个所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,每个所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置通过RS485接口与监控主机连接,与所述监控主机共同组成绝缘油中微量气体在线监测控制系统。
相较于现有技术,本实用新型提供的所述绝缘油中微量气体在线监测控制装置具有以下有益效果:
本实用新型提出绝缘油中微量气体在线监测控制装置,通过各路模块的相互配合,能够实现绝缘油中微量气体在线监测相关设备的自动控制以及绝缘油中微量气体在线监测得到的数据的保存,同时通过RS485接口使多个绝缘油中微量气体在线监测控制装置与监控主机共同组成绝缘油中微量气体在线监测控制系统,能够对多个地点进行绝缘油中微量气体在线监测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实例中的技术方案,下面将对实例描述中所使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图,其中:
图1是本实用新型提供的绝缘油中微量气体在线监测控制装置的结构示意图;
图2是本实用新型提供的绝缘油中微量气体在线监测控制系统的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实例中的附图,对本实用新型实例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实例仅是本实用新型的一部分实例,而不是全部的实例。
结合图1,实施例1,是本实用新型提出的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,包括,
控制模块,包括单片机以及与所述单片机适配的FPGA芯片;
看门狗电路模块,与所述控制模块电连接,用于在所述控制模块发生运行错误时,控制所述控制模块重新启动;
存储模块,与所述控制模块电连接,用于存储数据;
信号采集模块,一端与环境温湿度传感器、微水传感器、压力传感器以及二氧化碳传感器,另一端与所述控制模块电连接,用于将传感器采集到的数据放大并传入所述控制模块;
多位ADC模块,用于将色谱信号的模拟信号转化成数字信号传输至所述控制模块;
多路温度测量模块,用于采集色谱柱以及SOFC检测器的温度信息,并将所述温度信息传输至所述控制模块;
多路隔离输入驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与液位开关连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述液位开关进行控制,具体的本方案采用8路的形式,当然也可以根据实际情况进行自主设置;
多路隔离输出驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与固态继电器连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述液位开关进行控制,具体的本方案采用4路的形式,当然也可以根据实际情况进行自主设置;
多路光隔离继电器驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与电磁阀连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述电磁阀进行控制,具体的本方案采用24路的形式,当然也可以根据实际情况进行自主设置;
RS232接口,用于进行控制模块的调试;
RS485接口,用于与远程的监控主机通信连接;
时钟电路模块,用于产生时钟信号,以使所述装置稳定运行。
在本实施例1中,通过各路模块的相互配合,能够实现绝缘油中微量气体在线监测相关设备的自动控制以及绝缘油中微量气体在线监测得到的数据的保存。
作为本申请的优选实施方式,所述看门狗电路模块具体包括由DS1832芯片控制的看门狗电路。
在本优选实施方式中,通过以DS1832芯片组成的看门狗电路,负责监控控制装置的运行,一旦出现装置死机或是装置运行崩溃的时候,可以自动将装置的控制模块重新启动。
作为本申请的优选实施方式,所述时钟电路模块具体包括由DS1302芯片控制的时钟电路,具体的所述时钟电路包括,
第一电阻,一端分别与所述DS1302芯片的Vcc2引脚以及第一电容的一端连接,另一端连接电源电压,所述第一电容的另一端接地;
第二电阻,一端与所述DS1302芯片的SCLK引脚连接,另一端连接电源电压;
第三电阻,一端与所述DS1302芯片的I/O引脚连接,另一端连接电源电压;
第四电阻,一端与所述DS1302芯片的CE引脚连接,另一端连接电源电压;
第二电容,一端分别与所述DS1302芯片的Vcc1引脚以及第一二极管的负极连接,另一端接地,所述第一二极管的正极连接电源电压;
所述DS1302芯片的GND引脚接地,所述DS1302芯片的X1以及X2引脚分别连接晶振的两端。
在本优选实施方式中,通过如上时钟电路的设置,能够保证监控控制装置的稳定运行,同时为时钟电路设置双电源的方式,将Vcc1引脚作为备用电源,能够在Vcc2电源断开的情况下,仍然能够使时钟电路短暂运行一段时间,另外晶振选择32.768k,能够确保时钟电路的精度。
作为本申请的优选实施方式,所述控制模块具体包括型号为Samsung公司的S3C2410的ARM9系列单片机以及型号为Lattice公司的LCMX02280的FPGA芯片。
作为本申请的优选实施方式,所述信号采集模块具体包括,采用型号为LM358AD的OP放大器为主要元件组成的4-20mA模拟量采集电路。
在本优选实施方式中,环境温湿度、微水检测、载气压力检测、二氧化碳浓度等通过相应的传感器实现,输出信号为4~20mA信号,需要通过专用的标准电流检测电路实现。所以设计以LM358AD的OP放大器为核心的放大检测电路以实现信号的精确采集。
作为本申请的优选实施方式,所述多路温度测量模块具体为3路,其中一路具体为PT100温度传感器,另外两路具体为K型热电偶,所述K型热电偶还配置有AD620仪表放大器,分别用于检测色谱柱以及SOFC检测器的温度信息。
因为绝缘油中微量气体在线监测装置属于在线精密分析仪器,对温度有很高的要求,尤其是色谱柱的混合气分离度和色谱峰的保留时间重复性,以及检测器的灵敏度、油气分离效率等与温度控制精度有着密切的关系。为了同时兼容SOFC检测器和氧化锡色谱检测器,同时满足脱气系统的温控要求,本系统集成了三路温度采集技术,采用两路PT100传感器(采用氧化锡检测器时,一路采集色谱柱及检测器集成模块的温度,一路采集油气分离系统的温度)、另一路采用K型热电偶作为温度传感器(采用SOFC检测器时控制加热炉的温度),以铝锭作为色谱柱和检测器的加热载体,采用模糊PID温度控制算法,温控精度在0.1度以内。通过运算放大电路实现一个1mA的恒流源电路,采用三线制PT100,电流流过PT100电阻时,电阻信号转换为电压信号,实际应用时为了减少噪声干扰,采用两组恒流源,检测两组转换电压的差分信号,然后通过仪表放大器AD620对差分信号进行放大。对于SOFC检测器来说,温度要求控制在700摄氏度,普通PT100的测温范围一般在-50摄氏度~300摄氏度,无法满足测量要求,故本申请采用测温范围更宽的K型热电偶温度传感器,其测温上限可以达到1000摄氏度。由于其信号输出直接是差分电压信号输出,故采用AD620仪表放大器对其信号进行放大。
作为本申请的优选实施方式,所述存储模块具体为CF卡存储器模块,具体的容量为32G。
本优选实施方式中的CF卡存储器模块存储容量为32G,在每天检测6次的情况下,能够保证存储30年以上的数据。
作为本申请的优选实施方式,上述多位ADC模块具体为包括AD7793芯片的24位模数转换器的ADC数据采集电路。
在本优选实施方式中,气敏检测器的作用是将气体浓度值转化为电信号(电压信号或者电阻信号),将此模拟电压信号进行数字化并传输到计算机需要用到色谱数据采集技术。目前,市场上常见的色谱数据采集工作站在技术上存在一些瓶颈问题,如采集噪声大、色谱软件算法性能有限等,限制了在线监测系统的灵敏度,不能满足本申请项目的实际应用需求。为了解决上述问题,本产品单独研制了基于24 位模数转换器的数据采集技术(AD7793),通过硬件滤波和软件降噪结合的方式,将噪声电压控制在10uV以下,并集成到自主开发的色谱系统中。
本申请还提出绝缘油中微量气体在线监测控制系统,应用了上述方案中任一项所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,包括,
多个所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,每个所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置通过RS485接口与监控主机连接,与所述监控主机共同组成绝缘油中微量气体在线监测控制系统。
由于变压器油色谱在线监测系统需要安装在变电站现场变压器附近,而变电站的控制室距离变压器较远,距离有可能达到1~2km,为了实现远距离通讯,RS485+光纤通讯以简单、可靠、远距离的特点能够满足现场的距离要求,在变电站现场得到了广泛的应用。RS485网络是半双工网络,一般采用驱动器65LBC184进行通讯链接,需要程序对此驱动器进行统一控制。通常的做法是将处理器的一个输入输出端口同时连接到驱动器的发送使能端DE和接收使能端RE,需要接收数据时,设置端口为低电平使得接收使能有效,发送数据时,设置端口为高电平使得发送使能有效。此方法存在两个明显的缺点:
1.浪费处理器的资源;
2.在采用总线通信方式的系统中,挂在总线上的站点有很多个,使用处理器的I/O端口控制时,如果系统中的某一站点死机,或者因软件设计原因对端口的控制出错,可能使处理器的端口恒置为1,发生这种情况时,发送器将长期占用总线,从而导致整个通信系统的崩溃。为了解决上述问题,本申请设计了自动方向控制通讯接口电路。传统控制将差分电平控制权交给处理器的控制端口,通过切换电平实现差分切换输出的目的。在RS485网络具有自动切换控制方向功能时,A、B端口的差分电平可以被驱动器用来判断数据的状态,此时处理器的TXD具有端口的裁判权,需要差分切换输出时,只需要切换TXD电平即可。实际应用的网络A、B端稳定处于低高的差分状态,故终端默认是处于接收状态,只有当TXD信号处于低电平时,才进行发送。该电路不需要使用处理器的独立端口进行控制,避免了上述传统设计方法的缺陷,通过判断电平即达到通信信号收发切换,简化了系统的设计,增强了油色谱在线监测系统通信的可靠性和稳定性。
一个变电站现场的多台油色谱在线监测系统组网时,系统使用 Modbus 协议,采用地址码、一主多从的广播消息通信方式。通信流程为:
1.控制室的主机服务器发送带地址的广播消息,依次启动每台变压器油色谱在线监测装置。所有在线监测装置同步启动采样,并保存采集的数据。
2.主机服务器根据在线监测装置的地址编码,按照通讯协议的序列号依次获取测量数据及检测的色谱图。通讯协议的命令中包含检测的数据、时间日期、机器地址码。由于在线监测系统的整机采样完成至少需要一个小时,故从启动采样到数据回收之间有一个小时的时间延迟,所以数据内部必须带有时标。
电力行业的信息化及数字化为电网设备的状态检修工作提供了极大的方便。本申请电力变压器油色谱在线监测信息系统主要是设计一个数据综合分析和管理平台,显示变压器设备的在线监测数据及状态信息。参照图2,每台在线监测系统可以通过RS485与主控端软件进行网络通信,主控端数据综合分析平台可以对所有的在线监测设备进行统一管理,以变电站为大类进行区分,获取大量的在线监测数据可以用于训练RVM-ANFIS等智能算法,实现计算机的辅助决策和变压器故障诊断及状态评估。同时,在线监测系统支持远程GPRS移动网络接入,获得授权后,可以随时随地获取变压器的状态参数,并对在线监测系统进行远程操作与控制,无需运行人员到现场进行维护,从而大大降低了在线监测设备本身的运行维护费用,节省大量的人力和物力。
以上所述仅为本实用新型的实例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于,包括,
控制模块,包括单片机以及与所述单片机适配的FPGA芯片;
看门狗电路模块,与所述控制模块电连接,用于在所述控制模块发生运行错误时,控制所述控制模块重新启动;
存储模块,与所述控制模块电连接,用于存储数据;
信号采集模块,一端与环境温湿度传感器、微水传感器、压力传感器以及二氧化碳传感器,另一端与所述控制模块电连接,用于将传感器采集到的数据放大并传入所述控制模块;
多位ADC模块,用于将色谱信号的模拟信号转化成数字信号传输至所述控制模块;
多路温度测量模块,用于采集色谱柱以及SOFC检测器的温度信息,并将所述温度信息传输至所述控制模块;
多路隔离输入驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与液位开关连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述液位开关进行控制;
多路隔离输出驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与固态继电器连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述液位开关进行控制;
多路光隔离继电器驱动,输入端与所述控制模块连接,输出端与电磁阀连接,用于根据所述控制模块的控制信息对所述电磁阀进行控制;
RS232接口,用于进行控制模块的调试;
RS485接口,用于与远程的监控主机通信连接;
时钟电路模块,用于产生时钟信号,以使所述装置稳定运行。
2.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:所述看门狗电路模块具体包括由DS1832芯片控制的看门狗电路。
3.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:所述时钟电路模块具体包括由DS1302芯片控制的时钟电路,具体的所述时钟电路包括,
第一电阻,一端分别与所述DS1302芯片的Vcc2引脚以及第一电容的一端连接,另一端连接电源电压,所述第一电容的另一端接地;
第二电阻,一端与所述DS1302芯片的SCLK引脚连接,另一端连接电源电压;
第三电阻,一端与所述DS1302芯片的I/O引脚连接,另一端连接电源电压;
第四电阻,一端与所述DS1302芯片的CE引脚连接,另一端连接电源电压;
第二电容,一端分别与所述DS1302芯片的Vcc1引脚以及第一二极管的负极连接,另一端接地,所述第一二极管的正极连接电源电压;
所述DS1302芯片的GND引脚接地,所述DS1302芯片的X1以及X2引脚分别连接晶振的两端。
4.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:所述控制模块具体包括型号为Samsung公司的S3C2410的ARM9系列单片机以及型号为Lattice公司的LCMX02280的FPGA芯片。
5.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:所述信号采集模块具体包括,采用型号为LM358AD的OP放大器为主要元件组成的4-20mA模拟量采集电路。
6.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:所述多路温度测量模块具体为3路,其中一路具体为PT100温度传感器,另外两路具体为K型热电偶,所述K型热电偶还配置有AD620仪表放大器,分别用于检测色谱柱以及SOFC检测器的温度信息。
7.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:所述存储模块具体为CF卡存储器模块,具体的容量为32G。
8.根据权利要求1所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,其特征在于:上述多位ADC模块具体为包括AD7793芯片的24位模数转换器的ADC数据采集电路。
9.绝缘油中微量气体在线监测控制系统,其特征在于,应用了上述权利要求1-8中任一项所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,包括,
多个所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置,每个所述的绝缘油中微量气体在线监测控制装置通过RS485接口与监控主机连接,与所述监控主机共同组成绝缘油中微量气体在线监测控制系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984938A (zh) * 2021-12-29 2022-01-28 佛山速敏智能仪器科技有限公司 一种移动便携式气体分析色谱仪

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