基于RS-485總線的水輪機(jī)溫度監(jiān)測系統(tǒng)

引言

水輪機(jī)本體故障多發(fā)于定子故障，溫度監(jiān)測是獲取其工作狀況的有效手段。本文利用TCD-48數(shù)字溫度巡檢儀、RS-485總線和Pc機(jī)監(jiān)控分析軟件。構(gòu)成了一個(gè)水輪機(jī)溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。TCD-48數(shù)字溫度巡檢儀能實(shí)現(xiàn)48路溫度采集，直接讀取各個(gè)測點(diǎn)溫度值，并通過RS-485總線上送PC工控主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、保存和后期分析。

1 系統(tǒng)的總體構(gòu)成

水輪機(jī)溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)以現(xiàn)有水輪機(jī)中的測溫元件和數(shù)字溫度巡檢儀為基礎(chǔ)，以一臺工控微型計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)主機(jī)，通信方式采用RS-485總線技術(shù)。RS-485總線通信方式在對通信速度要求不高的情況下。具有實(shí)現(xiàn)簡單、成本效費(fèi)比高和數(shù)據(jù)傳輸可靠的優(yōu)點(diǎn)。TCD-48溫度巡檢儀作為下位機(jī)，采集各個(gè)測溫元件的溫度值，并把數(shù)據(jù)通過總線傳送給主機(jī)。主機(jī)內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

一臺小型水輪發(fā)電機(jī)的測溫元件一般有16～64個(gè)，大中型機(jī)組超過100個(gè)，分別分布在水輪機(jī)的定子和軸承等部位。以某水電站8 Mw空冷水輪發(fā)電機(jī)為例：定子線圈溫度有18點(diǎn)。定子鐵心溫度6點(diǎn)，空冷器熱風(fēng)、冷風(fēng)各1點(diǎn)，正推力軸瓦溫度1點(diǎn)，反推力軸瓦溫度2點(diǎn)，水導(dǎo)溫度2點(diǎn)，軸承油箱溫度1點(diǎn)，油冷卻器溫度l點(diǎn)，共33點(diǎn)。

TCD-48數(shù)字溫度巡檢儀采用MCS一51單片機(jī)為內(nèi)核，Pt100鉑熱電阻作為測溫元件，測溫范圍為-200-500℃，測量溫度分辨率為0．1℃。TCD-48數(shù)字溫度巡檢儀每臺可采集監(jiān)測48個(gè)點(diǎn)。一臺大中型水輪發(fā)電機(jī)，100多個(gè)點(diǎn)的溫度監(jiān)控點(diǎn)需要3臺溫度巡檢儀。采用RS-485接口的串行數(shù)據(jù)總線完成溫度巡檢儀和工控PC主機(jī)的雙向通信。RS一485總線傳輸距離長。大于1200 m。抗干擾能力強(qiáng)。通過PC主機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)控。對單臺溫度巡檢設(shè)備可以在30m內(nèi)完成48路溫度檢測，并上送上位機(jī)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控可以很快發(fā)現(xiàn)溫度異常，并定位故障源。

1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1是總體的系統(tǒng)框圖，溫度采集數(shù)據(jù)經(jīng)采集點(diǎn)進(jìn)入TCD一48溫度巡檢儀，溫度巡檢儀自身帶有液晶顯示，并簡單地根據(jù)溫度上下限進(jìn)行聲光報(bào)警。溫度巡檢儀通過終端接口掛在RS一485總線上，和上位PC主機(jī)保持雙向通信。

圖1系統(tǒng)總體機(jī)構(gòu)框圖

1．2 RS—485總線結(jié)構(gòu)

在串口通信的3種傳輸方式中，RS-232、RS-422、RS-485各有優(yōu)缺點(diǎn)。RS-422工作于全雙工通信狀態(tài)。收發(fā)是各2根信號線。RS-485工作于半雙工通信狀態(tài)，任何時(shí)候都只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，收發(fā)只需2個(gè)信號線即可，布網(wǎng)簡單、結(jié)構(gòu)可靠。

由于溫度巡檢儀相對數(shù)據(jù)發(fā)送量少，多點(diǎn)通信。傳送距離比較長。要求結(jié)構(gòu)簡單可靠。所以本系統(tǒng)采用RS-485布設(shè)通信總線。采用MAX491和MAX232模塊連接主機(jī)PC的RS-232端口與溫度巡檢儀終端。MAX491是MAXMIX公司生產(chǎn)的RS-485通信收發(fā)器，工作于全雙工狀態(tài)，支持32路級聯(lián)，在低速率通信情況下，傳輸距離大于2 km。MAX232是同系列的RS-232收發(fā)器，工作于半雙工狀態(tài)，主要用于總線RS-485通信模式和PC機(jī)RS-232通信模式的轉(zhuǎn)換。通信結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 RS-485總線結(jié)構(gòu)

由于RS-485通信工作于半雙工狀態(tài)，所以需要對通信過程加以控制。由PC主機(jī)發(fā)送總召(召喚)命令，對應(yīng)地址的溫度巡檢儀上送溫度數(shù)據(jù)和自身狀態(tài)數(shù)據(jù)。3臺TCD-48數(shù)字溫度巡檢儀，1 min左右即可完成一次輪詢，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信。