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關(guān)鍵詞:通信電源 故障 處理
1、引言
電源是通信系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,因其采用模塊化設(shè)計,在發(fā)生局部的或單元的故障時一般不會擴散。電源系統(tǒng)故障分為一般性故障和緊急故障。一般性故障指不會影響通信安全的故障,包括交流防雷器雷擊損壞、系統(tǒng)內(nèi)部通信中斷、單個模塊無輸出、監(jiān)控單元損壞等;緊急故障指影響通信安全的故障,包括交流輸入與控制損壞而導(dǎo)致交流停電、直流采樣和控制電路損壞而導(dǎo)致直流負載掉電等。如果不能及時有效地對故障進行處理,將導(dǎo)致通信系統(tǒng)的癱瘓,帶來嚴(yán)重的損失,因此,必須對通信電源常見的故障與處理給予充分重視。
2、交流配電單元的故障處理
2.1 防雷器單元
防雷器是由四個片狀防雷單元組成,其中三個防雷單元具有狀態(tài)顯示功能,可以顯示防雷單元是否處于完好狀態(tài)。防雷單元窗口顏色為綠色時,表示防雷單元處于完好狀態(tài);某個防雷單元窗口顏色為紅色時,則表示該防雷單元已損壞,應(yīng)盡快更換防雷模塊。
如果防雷器沒有損壞,而監(jiān)控單元報防雷器告警,就需要檢查防雷器的接觸是否良好,可以將防雷模塊拔下來重插。如果是菲尼克斯的防雷模塊,則需要檢查底座是不是良好。
2.2 交流輸入缺相
當(dāng)監(jiān)控單元或后臺報交流輸入缺相時,如果確定交流真的確相則無需理會;如果交流實際沒有確相,而是檢測問題,那么可能是交流變送器出現(xiàn)故障。可以用萬用表測量變送器的端子是否有3V左右的直流電壓,如果某一個沒有,則說明交流變送器損壞,應(yīng)急解決辦法是將該端子的檢測線并到其他兩個端子的任意一個上;長久解決辦法則須更換交流變送器。
更換交流變送器的方法:首先必須斷開電源系統(tǒng)的交流電和關(guān)掉監(jiān)控單元的電源,否則可能對人身造成傷害或燒壞交流變送器。更換時如果連接線上沒有標(biāo)識,那么在拆交流變送器之前需要要做好相應(yīng)的標(biāo)識,否則在安裝時會造成不便。
注意事項:安裝好交流變送器后,需要檢查連線無誤后,方可送上交流電,然后打開監(jiān)控單元的電源。核實交流顯示是否與實際測量電壓相符。
2.3交流接觸器不吸合
對于采用交流接觸器自動切換的電源系統(tǒng),如果交流接觸器不吸合,那么可能是下面幾個情況引起的:①交流輸入的A相缺相;②交流接觸器線圈供電保險絲燒壞(此故障出現(xiàn)在早期的電源柜);③控制交流接觸的輔助交流接觸器損壞(早期電源上有輔助交流接觸器);④交流接觸器控制板(CEPU板)出現(xiàn)故障;⑤交流接觸器線圈燒壞。
解決方法:用萬用表進行檢查,斷開交流輸入用萬用表測量交流接觸器的線圈,如果開路,那么說明交流接觸器損壞,更換交流接觸器即可。
交流接觸器更換方法:首先必須將電源柜的交流電斷開,更換前將各個連接線用標(biāo)簽做好標(biāo)識;由于這兩個交流接觸器是機械互鎖的,所以要注意安裝好交流接觸器之間的輔助觸點和控制線;將交流接觸器兩端的交流導(dǎo)線連接牢靠,不能有松動。
3、直流配電單元故障處理
3.1 監(jiān)控單元出現(xiàn)直流斷路器斷開告警
從兩個層面考慮:①屬于正常告警,直流斷路器確實已經(jīng)斷開,無需處理;②斷路器沒有斷開,但是監(jiān)控單元出現(xiàn)告警,出現(xiàn)這個故障是由于檢測線出現(xiàn)斷開所致。處理方法:檢查斷路器的檢測線,也可以用“替換法”來定位問題所在。
3.2 直流斷路器故障
蓄電池下電保護用的直流斷路器使用的是常閉觸點,在不控制的情況斷路器是閉合的。如果給了斷路器的斷開控制信號,但是斷路器不斷開,那么說明斷路器已經(jīng)出現(xiàn)了故障,更換即可。
3.3 直流輸出電流顯示不正確
直流電流顯示不正確分兩種情況:①顯示值與實測值比較偏大或偏小,原因是電流傳感器的斜率選擇不正確,在監(jiān)控中將調(diào)整斜率調(diào)整合適即可;②電流顯示出現(xiàn)異常情況,非常大或電流值顯示不穩(wěn)定。對于用分流器檢測電流的設(shè)備來說是檢測通道不通導(dǎo)致的:一種可能是分流器兩邊的檢測線接觸不良,可以關(guān)掉監(jiān)控單元的電源,取下檢測線用電烙鐵將其焊接好即可;另外一種可能就是檢測線接插件插針歪或接觸不好,可以用鑷子之類的工具將歪針校正或?qū)⒔硬寮搴眉纯伞?/p>
關(guān)鍵詞:電流采集;SMI300DCE-P1-O2/S30
1.引言
隨著人們環(huán)保意識的日益提高和石油價格的持續(xù)上漲,電動汽車技術(shù)的研究已蓬勃發(fā)展開來。動力電池組是電驅(qū)動車輛上重要的能量組成部件,它既能配合發(fā)動機-發(fā)電機組微電機驅(qū)動系統(tǒng)提供電能,又能吸收再生制動能領(lǐng),并在整車能量系統(tǒng)中起到重要的功率均衡作用,因此,其狀態(tài)好壞和壽命長短在很大程度上決定了整車性能的優(yōu)劣。作為電動汽車的主要能量源,動力電池的荷電狀態(tài)SOC(state-of-charge)對于混合動力汽車的電池管理系統(tǒng)來說是一個非常重要的參數(shù),對預(yù)測車輛剩余行駛里程,避免電池出現(xiàn)過放電、過充電有著十分重要的影響。
2.動力電池組電流采集電路設(shè)計
2.1工作原理
該電路對動力電池的電流信號進行采集,通過片外A/D、D/A傳給單片機,單片機將測得的單體電流與其他數(shù)據(jù)(單體電壓、單體溫度等)作為參數(shù)通過算法估算電池的荷電狀態(tài),通過RS485接口把數(shù)據(jù)傳給控制單元做出蓄電池的工作狀態(tài)判斷。
由于本系統(tǒng)用于移動設(shè)備,對單片機的各項性能要求較高,在本設(shè)計中單片機采用ARM7_LPC236X芯片,作為主控制器:該芯片主頻可達72M;含有高達512KB的片內(nèi)Flash和58KB的片內(nèi)SRAM存儲器;功能接口豐富;接口分布均勻,插拔方便;PCB尺寸:長13.00cm,寬10.00cm,體積小巧,便于攜帶以及安裝;輸出電流大、輸出點電壓精度高、穩(wěn)定性高等特點使它更好的服務(wù)于電動汽車。
2.2電流采集方法
電流的采樣是估計電池剩余容量(SOC)的主要依據(jù),因此對其采樣的精度,抗干擾能力,零飄、溫飄和線性度誤差的要求都很高。因為電動汽車上電機一般采用的PWM控制電流是脈動的;其次在助力和能量回饋兩種模式間的切換時電流正負數(shù)值從幾安到數(shù)百安培,且變化率較大,因此必須選用響應(yīng)速度快,具有優(yōu)良線性度的高精度霍爾傳感作為電流采集單元。
2.3 傳感器的選擇
由于電流采樣電路對采樣的精度,抗干擾能力,零飄、溫飄和線性度誤差的要求都很高,所以對傳感器的選擇主要這幾方面性能進行考量。
SMI系列電流變送器的特點:國際標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出,直接連接PLC等,輸出電流與負載無關(guān);一體化電流變送器,可省去電流互感器,節(jié)約用戶成本,提高精度;電流輸出,高過載能力,抗干擾能力強; 適合于遠距離傳輸;最高的性能價格比;快速響應(yīng),無擊穿現(xiàn)象;初級與次級高度隔離;外形小巧,安裝方便。
SMI電流變送器精度高,穩(wěn)定可靠,安裝形式分為導(dǎo)軌式和螺孔安裝;是符合國際標(biāo)準(zhǔn)的電流變送器,具有極高的性價比。為便于現(xiàn)場安裝選擇SM開口式電流變送器(開合式、可拆卸式變送器) 。
產(chǎn)品選型:SMI300DCE-P1-O2/S30直流電流變送器輸入:DC 0~300A;輔助電源:DC 24V±15% ;輸出:DC 0~20mA;外形:S30。
2.4采集電路與單片機接口設(shè)計
本系統(tǒng)因為應(yīng)用與汽車中,周圍信號干擾強,最好系統(tǒng)使用盡可能少的擴展芯片,提高系統(tǒng)運行的可靠性,所以要求使用的單片機具有片內(nèi)足夠大的ROM和RAM。目前ARM7系列單片機是應(yīng)用最廣的單片機之一,它具有很高的性價比。本文采用了LPC236X作為主控芯片
2.5電流采樣設(shè)計
采用電流傳感器SMI300DCE-P1-O2/S30,該電流傳感器是基于霍爾原理的閉環(huán)(補償)電流傳感器,具有出色的精度、良好的線性度和最佳的相應(yīng)時間,同時也具有很好的抗干擾能力。其原邊的額定電流為300A,滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求;副邊的額定電流為150mA,其轉(zhuǎn)換率為1:2000;供電電源為正負12V或正負15V。其測量電路示意如圖1所示。
圖1電流采樣信號調(diào)理電路
SMI300DCE-P1-O2/S30的輸出采樣信號電流首先經(jīng)過IILC濾波電路,然后R48,R49分壓后后得到電壓信號,進入前級儀表放大器。可調(diào)電阻VAR5調(diào)節(jié)儀表放大器AD623的放大倍數(shù),用于調(diào)節(jié)電流與其對應(yīng)的電壓之間的比例關(guān)系。由于從SMI300DCE-P1-O2/S30過來的電流是雙向的,因此其轉(zhuǎn)換得到的電壓是以地(GND)為中心變化的一個正負電壓,而我們選用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是單向的,為了將其電壓提供至OV以上,可以設(shè)計一個加法器(前端的運算放大器),將以O(shè)V為中心的正負電壓提升至以2.5 V為中心的正電壓。在實際中舍棄了這方案。主要原因是:為了提高采樣精度,外部A/D轉(zhuǎn)換器采用的參考電壓為2.5V,在儀表放大器AD623,和精密運放LT1014采用雙電源供電的情況下,調(diào)節(jié)AD623的放大倍數(shù),使AD623調(diào)理出的由采樣信號電流轉(zhuǎn)換成的電壓信號Vin在-2.5V~2.5V之間,在2.5V的參考電壓輸入下,經(jīng)過LT1014的兩路運放的加減法運算后,輸出兩路模擬電壓信號:2. 5+Vin與2.5-Vin,最終進入外部A/D的2個輸入通道,任一時刻只有其中一路的電壓在0~2.5V之間,而另外一路大于2.5~5.0V。大于2.5的信號電壓將被A/D識別為滿量程電壓信號。在軟件上完全可以識別。至此在保證較高的采樣精度的前提下,采取兩級運放,增加一路采樣通道的措施,實現(xiàn)了電流的雙向檢測。
網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號Vref+2.5代表的2.5V的參考電壓是通過穩(wěn)壓器件調(diào)整得到的,它的穩(wěn)定性關(guān)系到系統(tǒng)零點的穩(wěn)定,對電流采樣有重要的意義。我們采用高精度的電壓參考源TL431,其輸出精度為2.500V,士0.4%完全滿足設(shè)計要求。
3.結(jié)束語
本文的電池管理系統(tǒng)以單片機ARM7_LPC236X為核心,實現(xiàn)了電動汽車動力電池的電流的采集,該設(shè)計已通過試驗測試,經(jīng)過驗證,該電路的一致性和線性較好,性能穩(wěn)定,對電動汽車動力電池組的荷電狀態(tài)SOC(state-of-charge)的估算有很大的幫助。
關(guān)鍵詞:隔離 變送器 信號調(diào)理電路
Isolated Transducers Signal Conditioning Circuit
Abstract∶This paper propose isolated transducers signal conditioning circuit for other transducers taking isolated signal conditioning circuit for thermistor temperature transducers for example。
Keywords:isolatedtransducerssignal conditioning circuit
一、引言
隔離的變送器,是工業(yè)測量和控制的重要部件。隔離的變送器信號調(diào)理電路則是其重要組成部分,以其較強的抗干擾能力應(yīng)用于各種傳感器的變送器中。本文以鉑電阻溫度變送器的信號調(diào)理電路為例介紹了隔離的變送器信號調(diào)理電路的設(shè)計,該電路也可用于其它傳感器的變送器。
鉑電阻作為檢測元件,廣泛用于工業(yè)以及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域,測溫范圍寬,線性好,價格便宜,特別適用于機電一體化。所以,鉑電阻溫度變送器,尤其是隔離的變送器,是工業(yè)測量和控制必不可少的部件。
變送器信號調(diào)理電路主要用于信號放大、線性化和標(biāo)準(zhǔn)化處理。鉑電阻溫度變送器信號調(diào)理電路通常是由放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,雖然成本較的低,但輸入和輸出是一體的,容易串進干擾,產(chǎn)生誤差甚至損壞儀器設(shè)備。其線路復(fù)雜、抗干擾能力也較差,本文介紹熱電阻(如鉑電阻、銅電阻等)溫度測量電路是由較新隔離放大器構(gòu)成的變送器信號調(diào)理電路,具有較強的抗干擾能力,廣泛適用于石油、化工、電力等領(lǐng)域。
二、隔離的熱電阻溫度變送器信號調(diào)理電路的設(shè)計
1.設(shè)計思路
鉑電阻的溫度測量范圍很寬(-200~850°C),根據(jù)允許誤差的不同,分為D、C、B和A級。其零度值誤差分別為±0.48%、±0.24%、±0.12%、0.069%。
鉑電阻通電流以后,會產(chǎn)生自熱效應(yīng)。為達到要求的測量精度,控制自熱效應(yīng)是必要的。通過鉑電阻的電流不能太大,但是鉑電阻測溫信號與通過的電流大小成正比,所以設(shè)計鉑電阻的電流要在允許自熱的情況下盡可能大一些,一般選不大于lmA。如果采用1mA供電,溫度升高100°C時,只能取得38.5mV的信號,信號要放大到足夠大。根據(jù)鉑電阻的分度表,鉑電阻阻值隨溫度上升的增加略有下降,即存在非線性,熱電阻溫度變送器信號調(diào)理電路的設(shè)計要考慮信號線性化問題。
在控制系統(tǒng)中,變送器作為檢測部件要為控制系統(tǒng)提供檢測到的信息,為確保控制系統(tǒng)可靠運行,變送器提供的信息必須是電隔離的。沒有隔離就沒有可靠的工業(yè)控制。所謂隔離,是要求輸出信號與輸入信號電隔離,這就要求輸出端與輸入端的電源也是電隔離的。并且要保持被傳送信號的特性。這樣隔離的溫度變送器電路,除溫度、電壓變換電路外,還需要有隔離放大器和隔離電源。
2.信號調(diào)理電路的構(gòu)成
為滿足測量、控制的需要,溫度變送器的輸出要穩(wěn)定可靠、達到一定的精度、輸出信號要規(guī)范化并且要求輸出信號與輸入信號電隔離。下圖給出了調(diào)理電路原理圖,經(jīng)長期多只變送器的實用證明,能夠滿足這些要求。
該電路采用單片4~20mA的雙線電流變送器集成電路XTR105作為鉑電阻信號處理電路,它具有全部的橋激勵、儀器放大、線性化、用于高阻抗應(yīng)變傳感器必要的電流輸出電路。
圖中XTR105的1腳和14腳為橋路提供恒流供電,12腳連RL 調(diào)線性,W1調(diào)零,W2調(diào)滿度,XTR105的8、9、10腳接入BD237輸出4~20mA電流。
為達到輸出信號與輸入信號電隔離,必須使輸出端與輸入端的電源實現(xiàn)電隔離。并且要保持被傳送信號的特性。這樣隔離的溫度變送器電路,除用XTR105作溫度、電壓變換電路外,還需要有隔離放大器和隔離電源。
本電路采用的隔離放大器是BB公司的ISO122。ISO122的電源電壓范圍較寬(±4.5~±18Ⅴ),線性好,非線性最大只有0.05%,額定增益為1,即無放大傳送。它的缺點是靜態(tài)功耗較大,且為雙電源,所以電源變換電路只能用雙電源。隔離溫度變送器采用的電源變換電路是DCP010515DP,該電路輸入電壓為5V,功耗1W,輸出±15V。電源輸入、輸出完全隔離,地線完全分開,隔離性能很好,有熱斷路和過載保護功能。選用±15V主要考慮:
①雙電源,滿足ISO122的要求;②考慮有可能直接用4~20mA二線制變送器,所以制作隔離變送器時選用DCP010515DP較為合適。因為各種二線制的變送器有15v電源都能正常工作。這樣,這種隔離的變送器應(yīng)用更廣泛。
信號調(diào)理電路中ISO122的次級選用TC7662A作為電源變換電路是因為它能提供較大的負載電流。
在電路板的設(shè)計上值得注意的是,DCP010515DP與 ISO122的輸入地與輸出地應(yīng)該完全分開以確保信號調(diào)理電路的輸入與輸出完全隔離。
3.0-10mA輸出電路的構(gòu)成
在變送器的開發(fā)應(yīng)用中,常常會遇到所需的變送器的輸出信號,與已有的變送器的輸出信號不同,或用戶已有的變送器的輸出信號不能滿足新的需求,這就需要改變變送器原來的輸出信號。在這里我們給出了把4-20mA變換為0-10mA的電路,如圖2所示。這個電路雖然比較復(fù)雜,但性能穩(wěn)定可靠。
設(shè)R1上的壓降(取樣電壓)為Vi,經(jīng)推導(dǎo)可以得到流經(jīng)RL上的電流為I=(Vi-1)/R11。很顯然,如果變送器在零位時輸出4mA,在250Ω的取樣電阻的壓降為1V,于是I=0。如果變送器輸出為20mA,Vi=5V,則I=(5-1)/R11,適當(dāng)選取R11,可得I=10mA。
三、結(jié)束語
工業(yè)控制系統(tǒng)中常采用隔離接口單元,把輸入、輸出信號在電氣上完全隔離,提高電子系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。隔離的溫度變送器信號調(diào)理電路把傳感器信號測量放大部分和輸出控制部分完全隔離開來,提高了變送器的抗干擾能力,也保護了控制系統(tǒng)不受現(xiàn)場的影響。
本文設(shè)計的電路也可作為其它傳感器(如:壓力傳感器、熱電偶等)的信號調(diào)理電路,具有很好的實用性。在實際應(yīng)用中得到了很好的證明。
參考資料:
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[2]趙負圖.現(xiàn)代傳感器集成電路[M].北京: 人民郵電出版社,2000,231-235.
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關(guān)I詞:脫硝;溫度跳變;干擾;續(xù)流;二極管
1 概述
某廠2X600MW機組于2013年分別實施SCR脫硝改造工程,每臺鍋爐布置兩個SCR反應(yīng)器。按環(huán)保要求,每個SCR反應(yīng)器出口及入口各配置一套CEMS裝置。兩臺機組共計8套,安裝溫度測點共計24個測點。自脫硝投入運行以來,這些溫度測點偶爾發(fā)生跳變,且跳變幅度越來越明顯,跳變頻次越來越多,甚至導(dǎo)致了噴氨關(guān)斷閥的跳閘,已危及脫硝設(shè)備的安全運行,成為了引發(fā)環(huán)保事件的重大隱患。通過認(rèn)真分析及多次試驗,最終找到了解決問題的最優(yōu)方案,徹底解決了脫硝系統(tǒng)溫度測點跳變的故障,保證了脫硝系統(tǒng)安全運行。現(xiàn)對解決這一問題的過程進行了分析,以求能對電廠中類似問題的解決提供一定的參考。
2 測溫回路介紹
脫硝CEMS系統(tǒng)中,24VDC電源除給測量回路中各隔離器供電外,還給PLC輸出回路如CEMS取樣探頭吹掃電磁閥等設(shè)備供電,測量回路與控制回路之間沒有分開。每套CEMS系統(tǒng)各配置溫度測點3只,如圖1所示,溫度變送器將熱電阻信號轉(zhuǎn)換成4-20mA信號。按環(huán)保相關(guān)規(guī)定,溫度信號經(jīng)信號隔離器分別送DCS及PLC,同時還給溫度變送器供電。
3 原因分析
經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),脫硝出口及入口溫度測點幾乎都有發(fā)生跳變的現(xiàn)象,但跳變的時間并不一致,跳變的方向也不盡相同,這些測點跳變似乎沒有任何規(guī)律。為了進一步查找原因,考慮到每套CEMS裝置所對應(yīng)的溫度測點的系統(tǒng)具有相似性,因此只需考察某一處三個溫度測點即可,選擇#1機組A側(cè)脫硝入口溫度作為考察對象。經(jīng)仔細查看趨勢,終于發(fā)現(xiàn)測點的跳變與探頭吹掃電磁閥有關(guān)聯(lián),如圖2所示。從趨勢圖上可以看出,每次探頭吹掃并不會一定有溫度測點發(fā)生跳變,而且溫度跳變有時為增大方向,有時為減小方向。但有一點是顯而易見的,即溫度測點的波動一定發(fā)生在CEMS探頭吹掃瞬間。準(zhǔn)確的說,是在探頭吹掃剛結(jié)束時。為進一步驗證判斷,將吹掃電磁閥斷電,觀察八個小時。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了溫度測點沒有出現(xiàn)跳變現(xiàn)象,說明溫度測點的跳變的確與吹掃電磁閥的帶電相關(guān)。結(jié)合趨勢圖的時序分析,應(yīng)該是在吹掃電磁閥帶電后,然后失電時,會引起某種干擾。
4 解決方案及比較
為了進一步分析其內(nèi)在原因,遂采取以下幾種方法嘗試解決問題,并將結(jié)果進行比較,以期找到最佳解決方案。
4.1 增加24VDC電源容量
系統(tǒng)中,24VDC電源帶的負載有控制設(shè)備如探頭吹掃電磁閥,同時又有測量設(shè)備如溫度變送器等。該24VDC電源的額定功率為50W,探頭吹掃電磁閥為20W。如果所配電源功率太小,則當(dāng)吹掃電磁閥動作時將對整個回路造成影響,使溫度變送器無法正常工作而發(fā)生跳變。為了驗證想法,將24VDC電源換成額定功率為150W的電源。經(jīng)試驗跳變幅度有所減小,但溫度信號跳變現(xiàn)象依然存在,可見此方案不合適。
4.2 更換溫度變送器
考慮到回路中存在干擾,有部分溫度測點跳變幅度較小,有可能正投用的溫度變送器抗干擾能力較差。因此,挑選幾種溫度變送器進行替換試驗。發(fā)現(xiàn)有的溫度變送器跳變幅度稍小,但溫度信號跳變現(xiàn)象依然存在,可見此方案也不合適。
4.3 軟件濾波
通過圖2可以看出,溫度跳變是尖波,可以在DCS側(cè)采取軟件濾波的方式解決。但考慮到干擾一直都存在,采用軟件的方法并不能消除干擾,不是解決問題的根本方法,因此決定放棄此方案。
4.4 并聯(lián)二極管
考慮到電磁閥的線圈是感性原件,因此變化的電流通過線圈時會產(chǎn)生自感電動勢。根據(jù)法拉第定律,自感電動勢的大小與通過線圈的電流變化率成正比。當(dāng)探頭吹掃結(jié)束時,電磁閥線圈斷開電源,瞬間電流變化率很大,線圈將產(chǎn)生高于電源電壓數(shù)倍的自感電動勢,并與電源電壓疊加。這種自感電動勢不僅對電源所帶的回路造成極大干擾,同時有可能會損壞電路中的的元器件。這就是回路中溫度測點跳變的根本原因,同時也是溫度變送器時有損壞的原因。
經(jīng)過以上分析,弄清基本原理后,解決問題就比較簡單了。采取的措施是在電磁閥線圈兩端并聯(lián)二極管即“續(xù)流二極管”,使斷電瞬間線圈產(chǎn)生的自感電動勢極性滿足二極正向?qū)ㄐ纬衫m(xù)流,把自感感生電流泄放掉,從而消除干擾。經(jīng)過比較,決定選用1N4007二極管作為續(xù)流二極管。1N4007為常用的硅整流二極管,常用于橋式整流電路,其最高反向耐壓值為1000V。在8套CEMS裝置探頭吹掃電磁閥線圈反向并接續(xù)流二極管后,所有溫度測點再沒有發(fā)生過跳變現(xiàn)象,同時也沒有溫度變送器出現(xiàn)故障,顯然問題得到了徹底解決。
5 結(jié)束語
脫硝系統(tǒng)溫度測點出現(xiàn)跳變,根本的原因是設(shè)計的問題,即沒有將測量回路和電氣控制回路完全分開,導(dǎo)致形成干擾。在設(shè)備投用后再進行改造也比較困難,采用在電磁閥線圈兩端并接續(xù)流二極管,可以消除干擾,使溫度測點不再發(fā)生跳變,同時還保護了電路中其它的元器件,這種方法簡便易行有效。希望通過文中對脫硝系統(tǒng)溫度測點跳變的原因分析及解決,且能給電廠中類似問題的解決提供一個有價值的參考資料。
參考文獻
【關(guān)鍵詞】溫度控制;STM32;A/D D/A;PID算法;LabVIEW
1.前言
溫控系統(tǒng)受環(huán)境溫度影響較大,因為溫度調(diào)節(jié)過程中慣性大,對于溫度上升或下降的有效快速調(diào)節(jié)是難題,目前我們熟知的溫控系統(tǒng)都存在成本高或精度低及靈活性差的缺點。針對這些問題本系統(tǒng)在工作過程中可以隨時切換極性,從而完成對設(shè)定溫度值的精確控制。
2.硬件系統(tǒng)設(shè)計
本設(shè)計通過HX-RS-HSW1204C高精度微型溫度變送器連接pt100將采集到的溫度傳給STM32單片機,STM32將采集到的溫度值模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳給上位機顯示,并將采集溫度值記為sp,將當(dāng)前溫度值sp減去設(shè)定值ap后給PID控制器,STM32根據(jù)PID的輸出信號m(t)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換并輸出給TTC-DS驅(qū)動模塊,TTC-DS驅(qū)動模塊控制TEC工作.
2.1 測量部分:
采用Pt100和HX-RS-HSW1204C高精度微型溫度變送器,輸出信號是電壓信號,其工作電壓是±24V,輸出是0-5V,對應(yīng)的溫度范圍是-40-100℃,溫度與電壓呈線性關(guān)系,,其采集精度可達到0.05℃。
pt100是一種穩(wěn)定性高和性能良好的溫度傳感器,工作范圍-200℃至650℃。pt100是電阻式溫度檢測器,具有正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系如下:,其中=0.00392,為100(在0℃的電阻值),為攝氏溫度[1]。傳感器型變送器通常包含信號轉(zhuǎn)換器與傳感器兩部分。測量單元、信號處理和轉(zhuǎn)換單元是信號轉(zhuǎn)換器的主要組成部分。為得到由溫度值轉(zhuǎn)換的電壓值,將pt100與溫度變送器連接,溫度變送器具有兩個測量溫差的傳感器,輸出信號與溫差之間有具體的比列關(guān)系,能將普通電信號或物理信號轉(zhuǎn)換為能夠以通訊協(xié)議方式輸出或標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。電流變送器是將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號,連續(xù)輸送到接收裝置。我們采用的是輸出為標(biāo)準(zhǔn)電壓的變送器,溫度采集信號的處理電路如圖1所示。
圖2 電源電路圖
2.2 TEC制冷片
半導(dǎo)體制冷又叫做熱電制冷、電子制冷或者溫差電制冷。半導(dǎo)體制冷是以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ)制冷方法,利用帕爾貼效應(yīng)的原理達到制冷目的。
其發(fā)展起源于塞貝克效應(yīng)的提出,兩種不同材料a和b的接觸點處于不同的溫度T1和T2,在斷點處就會產(chǎn)生電勢Vab[2],如圖2所示。
并且塞貝克得出,在一定溫度范圍內(nèi)的大小與溫度差成正比,它們的比例系數(shù)用表示,則:
a對b的電勢與溫差的比例系數(shù),稱為相對塞貝克系數(shù)。當(dāng)取兩種同質(zhì)材料時,他們的電動勢相消,可以把它們的貢獻分開
這樣,每種材料都有各自的塞貝克系數(shù),稱為絕對塞貝克系數(shù)。帕爾帖發(fā)現(xiàn)了與之相反的效應(yīng),即帕爾帖效應(yīng):當(dāng)電流I通過兩種異質(zhì)材料構(gòu)成的閉合回路時,在材料的一端銜接處吸收熱量,另一端放出熱量。這種吸收或放出的熱量稱為帕爾帖熱,電流的方向決定其是否吸熱或放熱,大小由公式給出。為帕爾帖系數(shù),與溫差電動勢率有關(guān),是組成回路的兩種材料的溫差電動勢率, 為銜接處溫度。
本系統(tǒng)所選用的TEC1-12715半導(dǎo)體制冷片,屬于大功率制冷片,該致冷片工作在一面致冷一面發(fā)熱的模式,在其工作時必須確保制冷片熱面良好散熱。兩面的溫差將影響制冷片的效率[3]。
圖3、圖4是本系統(tǒng)采用的TEC電壓、電流及功率之間與TEC兩面溫差的關(guān)系圖。
2.3 TEC 驅(qū)動器
我們采用型號為TTC-DC15-10A12V-DS(簡稱 TTC-DS)的驅(qū)動模塊,其輸入直流 電壓是15V(電流由TEC決定),輸出雙極性電壓±12V,最大電流10A(見圖5)。
各引腳功能如下:
PIN7:保險絲狀態(tài)輸出。低電平=ERROR,高電平=OK
PIN6:驅(qū)動器輸出電壓控制端。直流 0-2.4V,控制驅(qū)動器輸出0-12V(或者其他)
PIN5:驅(qū)動器使能輸入。低電平使能,常態(tài)=OFF。
PIN4:驅(qū)動器極性切換。高電平=制冷,低電平=加熱。
PIN3:TEC 電流監(jiān)視輸出,0-2.4V(或者其他)。
PIN2:TEC 電壓監(jiān)視輸出,0-2.4V(或者其他)。
PIN1:GND,接地回路。
3.軟件和算法
本系統(tǒng)中,TEC的額定電流不超過15A,我們控制在10A以下,在程序執(zhí)行的過程中不斷對電流進行判斷。當(dāng)采集回來的溫度值與設(shè)定值不相等時,通過PID控制器控制STM32的數(shù)模輸出,實現(xiàn)動態(tài)閉環(huán)控制,從而達到溫控的目的。
軟件流程圖如圖6所示。
PID算法: