电站压力参数的单片微机检测仪

电站压力参数的单片微机检测仪

摘　要　介绍一种以单片微机为核心的可测量压力的新型智能仪器。该检测仪可消除现在普遍使用的现场安装压力表或短距离毛细管传输压力表所存在的观察不便的缺陷，具有测量准确、能减轻值班人员劳动强度、可远距离传送测量数据进行集中监控等优点。

　　发电厂(站)的压力参数包括发电机、汽轮机、水轮机等旋转机械设备在运行过程中需要测量的各处油压、汽压或水压。由于这些压力参数可以反映出旋转机械设备的运行状态，所以只有准确地加以测量，才能使上述设备的正常运行有保障。现在发电厂(站)使用的各种压力测量仪，一般都采用现场安装压力表或短距离毛细管传输压力表，需要安装在要测量的压力现场附近，由值班人员定时巡查记录。这样的测量方式，不但值班人员劳动强度大，而且无法做到随时观察各处压力参数的变化，难以预防事故发生于未然。

　　本文介绍的单片微机压力检测仪，是一种能够远距离测量压力参数的智能仪器。在单片微机的管理下，检测仪的测量过程完全是自动进行的，工作状态的转换操作也非常简单，测量结果既可以用显示器显示或打印机打印，也可以送至上位计算机进行远距离集中监控，便于实现发电厂(站)管理的自动化和现代化。

1　电路的构成和原理

　　检测仪共有8路检测通道，各路通道的模拟放大电路及基准电源电路均相同，而压力传感器的输入则按实际需要选择不同量程的压力传感器。压力传感器分别为各路压力检测通道的测压元件，当压力作用于传感器时，芯片上的电桥在压力的作用下出现不平衡，输出正比于压力变化的电压信号，基准电源采用恒流源电路给电桥供电。从传感器输出的信号是比较小的，须经过模拟放大电路放大。为了消除放大电路的输出端的温漂，采用了基本差动运算放大电路。

　　由于检测仪具有对多路测压点进行自动巡回检测的功能，所以需用自动转换开关对多个压力传感器送出的信号进行选取。为此，采用了CMOS 8选1多路模拟开关(选用4051)，由它控制8路通道的通断状态，相当于一个单刀八掷开关。从多路转换开关输出的信号是模拟量，在把它输入单片机运算处理之前，必须先转换成数字量，完成这一功能的电路就是A／D转换器。检测仪使用了MC1433双积分型A／D转换器，其工作原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后用计数器记下此时间间隔内的时基脉冲的数目。

　　由于单片机本身提供的资源如I／O口、定时器／计数器、串行口等不能满足要求，因此需要在单片机上扩展其它外围接口芯片。由于MCS-51系列单片机的外部RAM和I／O是统一编址的，所以可以把单片机外部64 KB RAM空间的一部分作为扩展I／O的地址空间，这样单片机就可以象访问外部RAM一样访问外部接口芯片，对其口进行读写操作。检测仪采用具有I／O接口和计时器的静态RAM8155作为I／O并行接口电路。

　　拨码盘分为始点值拨码盘和终点值拨码盘，其作用是根据实际需要设置当检测仪进行巡回检测时的输入通道始点值和终点值。

　　拨码开关的每一位数码开关对应一路输入通道，并用来设置该通道的测量范围。当一输入通道压力输入量程不大于2.000 MPa时，该通道的拨码开关设置为“OFF”；当一输入通道压力输入量程大于2.000 MPa时，该通道的拨码开关设置为“ON”。检测仪将根据拨码开关设置的量程进行运算，以提高低压力量程范围的数据精度。

　　显示译码电路(74LS247)则将BCD码译成十进制数字，再由数码管显示压力检测通道的序号和各测压点的压力值。

　　操作显示电路的作用是用来切换及显示检测仪的工作状态。

　　打印／通信接口电路的作用是把测量结果用打印机打印出来，或把测量数据传至上位计算机进行远距离监控。

　　检测仪的工作原理是这样的：每一路通道的压力传感器的输出信号经模拟放大电路进行线性放大，然后由多路转换器的模拟电子开关进行选择，并经滤波后，由A／D转换器转换成数字量，再经I／O并行接口输入到单片微机进行运算，运算处理后的通道号和压力值最后经I／O并行接口送至显示译码器进行译码显示。

2　压力检测主程序

　　按照检测仪的工作原理而设计的压力检测主程序的流程图如图2所示。

3　抗干扰措施

3.1　硬件的抗干扰措施

　　在电源方面，一是在交流部分连接了压敏电阻，从而隔离了可能出现的尖峰过电压；二是对某些单元电路采用恒压集成块供电，如恒流源电路的基准电压和A／D转换器的参考电压均是这样处理。其次，在多路转换器输出线与A／D转换器的输入电压Ux引脚之间，串接了一个二阶有源低通滤波器，它能够有效地抑制高频干扰信号。此外，检测仪采用的A／D转换器是双积分型，其转换结果与输入电压在采样阶段所经历的时间内的平均值成正比，故对对称交流干扰或尖峰脉冲干扰具有很强的抑制能力。

3.2　软件的抗干扰措施

　　对于来自被测信号源本身、传感器或外界干扰等干扰源的不规则的随机干扰信号，可以用数字滤波方法予以削弱或消除。由于在工业测量和控制等应用场合，经常会遇到尖脉冲干扰的现象，这种干扰通常只会影响个别采样点的数据，使此数据与其它采样点的数据相差较大，所以采用了防脉冲干扰平均值法。此法类似于体操比赛等采用的评分方法，既可滤去脉冲干扰，又可滤去小的随机干扰。

4　技术指标和性能评价

　　本检测仪可在0～50 ℃的环境下正常工作，压力测量范围为0～10 MPa，测量分辨率为0.001 MPa，压力传感器的输入通道可达8个。为了便于安装和使用，其外壳采用了面板式仪表的国际标准外形结构。

　　这种检测仪已在某水电站2台1.6 MW水轮发电机组上连续运行了超过2 a时间，工作情况一直正常。

　　与现在普遍使用的发电站压力检测仪相比，本检测仪有着显著的优越性，主要体现在如下方面：

　　a)是一种由单片微机控制的智能仪器，完全实现对发电厂(站)压力参数的现场外全自动检测。利用其配备的打印／通信接口，可以很方便地随时把检测结果送至打印机列表打印，或送至上位计算机进行远距离集中监控。

　　b)具有多通道压力检测功能，每一通道的压力传感器均配置相同且独立的模拟放大电路与恒流源电路，并采用了多路转换的电子模拟开关，使得检测仪能长期稳定和可靠地运行。

　　c)结构简单，成本不高，工作状态转换操作方便；抗干扰能力强，测量准确度高；性能稳定，不需要专门的维护保养。
 

作者：华南理工大学电力学院 何志伟　黄少先　张岳匀 

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