智能变压器温度控制器设计

西安工程大学本科毕业设计（论文）摘 要电力变压器是电力系统中的重要设备。当内部发生故障时，表现为三个线包温度升高。为了保护变压器，保障供电系统的安全，可靠运行，需要对变压器的三个线包温度进行监控，高压时报警，超温时跳闸。智能变压器温度控制器是以 8 位单片机 AT89C51 为核心，采用四个 PT100 传感器，并将其直接插入变压器线组包，对三相温度进行测量和控制，同时对环境温度进行测量和控制。最后将三相绕组温度转换成 2-20mA 变送信号输出。当风机有故障时，控制器还可以发出故障报警信号和保护信号，以确保变压器和其他设备的安全运行。AT89C51 是在 MCS-51 单片机的基础上精心设计的最新型的高性能八位单片机。AT89C51 是一种低损耗，高性能，CMOS 八位微处理器，片内有 4K 字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器。能重复写入/擦除 1000 万次，数据保存时间为十年。它的通信为串行通信，采用标准的 RS-485 接口技术。RS-485 采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线。相对于 RS-232 来讲，RS-485总线标准具有很多优点：支持多节点，远距离和接收高灵敏度等。本文主要讲述此种智能控制器的设计原理，工作流程，主程序以及 RS-485 的通信协议等。关键词：温度控制，温度检测，AT89C51,RS-485 标准总线西安工程大学本科毕业设计（论文）ABSTRACTElectric power transformer is an important equipment in the electric power system. When having troubles , it shows that the temperature of the transformer , ensure the power supplys safe,and credibility processing, it needs control the transformers three points temperature.When high temperature, give a slip.The aptitude transformer and temperature controllers hard core is the signal chip AT89C51 which is 8-bit, use four sensors PT100,and put the sensors into the transformers line groups, to control and measure the three points temperature and the environment temperature. At last it will be out with a kind of transformation signal, which is from 4mv to 20mv. When fans have malfunctions , controller can give trouble alarm signals and protect signals , to ensure transform and other equipments safely working. AT89C51 is a SCM, which is short-wastage, high-powered . AT98C51 have a 4K-byte extent memorizer, which can write again in line, can lasered quickly , and write or erasure 1000 times. It can store date ten years . The communication of this controller is serial and RS-485 interface technical. RS-485 use the transceiver , which is balance sent and difference receive. Compared with RS-232 , RS-485 has many advantages. Such as sustaining many nodes (32 nodes), long distance and incept higher delicacy, and so on. This paper will introduce the design principle, working precessor and communicate agreement of RS-485.KEY WOEDS: temperature controlling, temperature testing, AT98C51, RS-485 standard criterion bus西安工程大学毕业设计（论文） 1目录第 1 章 绪 论 .11.1 研究背景 .11.2 系统概述 .11.3 论文完成的工作 .2第 2 章 智能控制器的硬件设计 .32.1 智能控制器的功能及工作原理 .32.1.1 功能 .32.1.2 工作原理 .42.1.3 技术条件 .52.2 智能控制器的工作原理图分析 .52.2.1 核心部分（AT89C51） .62.2.2 看门狗及掉电保护 .92.2.3 测温部分 .122.2.4 温度传感器 .142.2.5 温度检测部分 .152.2.6 人机交换部分 .172.2.7 温度控制部分 .182.2.8 电源部分 .20第 3 章软件的设计 .223.1 软件组成 .233.2 基本功能 .233.3 程序流程 .243.4 初始化模块 .243.6 中断模块 .273.7 通信模块 .293.7.1 通信中断流程图 .293.7.2 通信主流程 .30西安工程大学毕业设计（论文） 23.7.3 通信主程序流程图 .31第 4 章 RS-485 现场总线 .324.1 RS-485 串行接口标准 .32第 5 章 结 论 .34参 考 文 献 .35致 谢 .错误！未定义书签。附录 原理图 .37附录 PT100 分度表 .40附录 程序 .43西安工程大学毕业设计（论文） 1第 1 章 绪 论1.1 研究背景电力变压器是电力系统中重要的一次设备，在发、供电企业和用电单位之间起着桥梁作用。变压器在能量的传输和转换过程中，由于个线圈电流的流动和电磁场的存在会产生电能损耗，消耗一部分电能，这部分损耗主要转化为热能，以传导、对流和热辐射的散热方式自发热点向外传递，最终扩散到大气中。这些热能传递在过程中会引起变压器各部位温度不同程度的升高，电力变压器温度与其自身容量、损耗参数、冷却方式、负载大小以及运行环境等密切相关。变压器智能化温度控制器由传感器、单片机温控仪及相应的输出继电器所组成。通过铂电阻测取变压器被测点的温度，经与温度监控仪内部所预设定温度比较后，输出控制风机继电器触点、超温报警继电器和超温跳闸继电器触点的开合，实现对变压器绕组温度的监控，防止变压器因过热而损坏，保证变压器的设计使用寿命。 11.2 系统概述此智能温度控制器是一台智能化自动化于一体的性能稳定的温度控制器。是利用先进的单片机（89C51）进行温度测量和控制的装置。主要用于变压器、电力开关柜、箱式变电站等设备的温度及防过热保护，保护电力设备无人值守时完全可靠运行。有效地解决了过热及故障问题，保障设备安全运行，避免意外事故发生，节约人工成本，符合自动化的发展趋势。智能变压器温度控制器以先进的单片机为控制核心。采用 pt100 铂热电阻温度传感器，并将其直接插入变压器绕组线包，对其三相温度和环境温度进行测量和控制，并实现循环数字显示变压器三相绕组温度及最高温度显示，同时输出温度模拟信号（420mA） ，若传感器断线或短路，控制器将发出传感器故障报警信号，该控制器具备手动开风机及 0255 小时定时开风机功能，当变压器跳闸时，具备存储跳闸时的温西安工程大学毕业设计（论文） 2度的功能，具有 RS-485 通讯功能，通过 MAX3082 转换器转化 TTL 电频信号与RS-485 总线电频信号，实现与上位机 PC 机的交换。1.3 论文完成的工作（1）技术方案及技术路径设计；（2）硬件原理图、PCB 设计；（3）制作及调试；(4)嵌入式软件编程及调试。西安工程大学毕业设计（论文） 3第 2 章 智能控制器的硬件设计控制器以先进的单片机为控制核心，采用 Pt100 铂电阻温度传感器，并将其直接插入变压器绕组线包，对三相温度进行测量和控制，同时也对环境温度进行测量和控制，并实现循环数字显示变压器三相绕组温度和一路环境温度。还可通过按键对环境温度进行上下限值设定，对变压器三相温度统一进行 4 个温度（风机停温度 T1、风机启动温度 T2、报警温度 T3 和跳闸温度 T 4）设置和显示，并带有掉电存贮功能。当风机故障时，控制器还可发出故障报警信号保护信号，以确保变压器和其它设备的安全运行。对三相绕组温度测量带 4-20mA 模拟量输出，可直接送入计算机实现实时监控, 可手动启动和停止风机，可 255 小时定时开风机，可保存变压器断电时的三相温度值（温度低于 80不刷新记录） ，可检测传感器断线和短路并发出报警信号。具有 RS-485 通信功能。2.1 智能控制器的功能及工作原理2.1.1 功能温度控制装置是电力系统必不可少的。智能控制器以 AT89C51 为核心，是一种先进的温度控制器，它有以下功能：(1)具有三相线包温度的巡回显示和最高温度显示切换功能。(2)可以根据设定的开、关风机温度自动控制风机的开启和关闭，保证变压器在正常温度下安全的工作。当三相线包温度中的最高一相温度超过开风机的设定温度或在手动风机的情况下，风机会开启，同时面板上“风机”指示灯点亮，反之指示灯灭。(3)具有超温报警，跳闸以及故障显示功能。传感器故障时面板上“故障”指示灯会亮，会发出蜂鸣声报警，并通过电源板“故障”输出端输出一个开关信号给远距离控制箱控制声光报警。（a）指示灯不同颜色代表不同的含义：西安工程大学毕业设计（论文） 4黄色A 相 绿色B 相 红色C 相 不亮故障(b)通过温度显示区显示代码不同，来判断传感器为短路或开路故障；显示区显示：H开路 L短路(c)传感器一相或两相故障时，只根据好的传感器温度控制信号控制风机，三相都故障时立即打开风机。 22.1.2 工作原理变压器温度控制器，带有四路温度传感器，后三路测量并控制变压器三相绕组温度，第一路测量并控制环境温度。对变压器三相绕组温度，采用综合控制的方法，用户可通过键盘设置 4 级温度门限：T1：风机停温度T2：风机启动温度T3：超温报警温度T4：超高温跳闸温度后三路温度传感器分别插入变压器三相绕组线包，随时采集线包的温度变化信号，将其分别转换为 DC4-20mA 标准电流信号输出，同时将传感器采集的信号经前级电路处理后进行 A/D 转换，然后送入单片机，单片机将其转换为对应的温度值后，送数码管循环显示，将最大值 Tmax 逐次与设定的 4 个温度门限值进行比较：1 当 TmaxT1 时，即三相温度均低于风机停温度 T1，风机停止工作。2 当 TmaxT2 时，即三相温度至少有一相高于风机启动温度 T2，风机同时启动降温。3 当 TmaxT3 时，即变压器温度未降下来，且已高于超温报警温度 T3，此时，超温报警常开触点闭合，若接有警铃和指示灯，则可发出声光超温报警信号,值班人员应检查负载或设备有何异常。4 当 TmaxT4 时，即变压器温度已高于超高温 T4，也就是说当负载或设备发生严重故障时，控制器立即发出跳闸信号，强制停电检修。第一路温度传感器采集到的温度同样经前级电路处理后进行 A/D 转换，然后送入单片机，单片机将其转换为对应的温度值后，送数码管循环显示，并可西安工程大学毕业设计（论文） 5通过按键设置温度上下限值，若环境温度大于设定的上限值时，控制器自动驱动风机工作，降低环境温度，当环境温度低于设定下限值时，风机 1 停止工作。另外，控制器还具有风机故障检测功能：当风机断线时，故障触点闭合，若接有指示灯，则指示灯发出报警信号。2.1.3 技术条件 电 源： AC220V 50Hz/60Hz 工作环境：温度 -4085 相对湿度 595%RH 测控范围：0200 输出电流：4-20mADC 控制精度：2% 显示方法：五位 LED 数码管，其中一位相序显示，三位半温度显示 最大功耗：10W 外形尺寸：16080138 开孔尺寸：154772.2 智能控制器的工作原理图分析工作原理框图 2-1西安工程大学毕业设计（论文） 6检 测 电 路A相B相C相环 境 变 送 信 号 4-20mA的转 换 电 路A/D转 换器 单片机AT89C51看 门 狗 电 路电 平 转换 器 RS-485接口 总 线位 移 寄存 器 LED键 盘继 电 器处 理电 路故障超温跳闸 处 理电 路处 理电 路 继 电 器继 电 器图 2-1 原理框图2.2.1 核心部分（AT89C51）AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可