基于DSP的6KV电机无线测温测振控制器

2016-03-13西安航天自动化股份有限公司严勇锋

电子世界 2016年15期

西安航天自动化股份有限公司　严勇锋

西安航天自动化股份有限公司严勇锋

在电机运行过程中，通过监测其温度与振动量变化，可及时发现可能存在的电机故障与事故隐患。传统监测方法是分别通过铺设电缆，埋设温度传感器来实现温度监测；通过人工手持式振动测量仪实现振动数据的采集。本文针对某电厂输煤系统6KV皮带电机设计了一种基于DSP的无线测温测振控制器，具备检测精度高、响应速度快、组网便捷的优点，同时节省大量电缆。

DSP；输煤系统；电机；温度；振动

1　引言

某电厂输煤系统6kV皮带电机投入运行已近15年，温度检测元件已处于产品生命周期未端，大量检测元件已损坏，使得6kV电机缺乏有效温度监测保护装置，存在安全风险。输煤系统6kV电机除碎煤机外其余都没有测振监测保护装置，而碎煤机测振监测保护装置也只是用开关量进入输煤程控，不能有效监测振动变化的趋势，日常维护也依靠技术人员定期用测振仪点温计定点测量，不能有效全过程监测电机振动变化趋势。

此次输煤程控皮带机测温测振控制器是将皮带机温度和振动位移实时采集，通过无线设备传输至输煤控制室，并增加至现有输煤上位机监控软件中实时显示。每台皮带机电机安装测温测振传感器，温度传感器紧固在电机外壳散热片上，安装方便；振动传感器套在电机基座固定螺栓上，安装拆卸方便。从而实现有效加强皮带电机温度振动检测，为燃料输煤系统正常运行提供可靠的保护。

2　系统总体设计

该系统主要包含两部分：现场级负责就地电机温度与振动的数据采集与就地显示；控制级负责对所有站点数据的汇总与处理并与原输煤系统进行通讯。

根据现场测控点的特性，温度与振动均为模拟量并且变化率高，同时被测控设备比较离散；因此为了保证数据的准确及系统安装维护的易用性，采用现场安装测温测振控制器，同时使用无线网络作为系统的数据传输方式。

每一个测控设备，分别在就地安装具有实时显示功能的控制器，方便现场巡检人员实时查看设备运行状况；各测控点相对独立，当系统需要进行维护时，无需整体隔离进行维护；测控设备的位置相对分散，使用无线传输方式可减少不必要的线缆连接。

通过位于集控室的中央处理器（网关）对现场数据的采集汇总，数据送到上位机，通过逻辑程序的加入实现对电机温度与振动工作情况的报警功能；同时提供上位机实时数据与历史数据的查看功能，方便维护人员在设备故障时进行排查。

3　测温测振控制器

该控制器采用TMS2812DSP为中央处理器，包含温度采集模块、振动检测模块、LCD液晶显示、无线通信模块、EEPROM存储模块、报警模块等。通过温度传感器、振动传感器将电机实时状态数据传输至测温测振器AD采样电路，DSP将测得的数据通过LCD显示屏就地显示，同时将该数据通过无线传输至网络中继器，并最终传输至上位机。而EEPROM存储模块可将控制器运行过程中产生的关键数据记录并存储，便于工作人员查询、维修。

3.1DSP最小系统

TMS320F2812是TI公司应用较广的一款产品，具有丰富的外设接口。数据及程序存储量及AD采样精度都较TMS320F2407有提高。由于F2812具有较强的运算能力，且其最小系统的搭建较为快捷和精准，可以简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。

TMS320F2812最小系统包括电源电路、仿真接口电路、通讯接口电路等。其中电源电路采用TPS70351电源芯片，该芯片可以输出1.8V电压供DSP内核使用，亦可产生3.3V电压供DSP外设及IO引脚使用。同时，该芯片具有较完善的散热设计，保证设备整体的可靠性。

3.2温度采集模块

温度采集模块包含温度传感器、调理电路、AD采样电路。其中温度传感器采用PT100热电阻，该型传感器测温范围广、精度高、抗干扰能力强，在自动化领域应用广泛。调理电路可将温度传感器输出的0V---0.4V电压信号转换成0V—3V，便于AD采样电路采集。AD采样电路则选用了高精度采样芯片AD7192，该芯片具备较强的抗干扰、抗浪涌能力，同时可达到24位的采样精度。

经实验得知，温度传感器精度存在一定漂移，因此，本文设计了一种温度补偿电路，该电路采用ADT7310温度补偿芯片，ADT7310是一款采用标准窄体SOIC封装的高精度数字温度传感器。它包含一个带隙温度传感器和一个13位ADC，可以0.0625度的分辨率对温度进行监控和数字化。其分辨率可以通过在配置寄存器设置一个位来更改到16位、0.0078度的分辨率。

3.3振动检测模块

振动检测模块包含一个恒流源发生器、高精度采样回路、调理电路等组成。在检测过程中，恒流源产生一个微弱电流驱动振动传感器，当被测物体开始振动后，经传感器检测，可将振动值转换为4-20mA电流输出。而后，该电流经过高精度采样回路，在采样电阻上产生压降，转换为DSP可采集的0-3V电压信号。至此，即可完成振动状态的检测。

3.4LCD液晶显示模块

为便于巡检人员观察与记录，本控制器具备LCD液晶显示模块。液晶显示模块可将被测物体的温度值、振动值实时显示，操作人员亦可通过矩阵键盘，进行报警阀值的设定。

3.5无线通信模块

本文采用ZIGBEE芯片和DSP芯片相结合的方式，设计了基于ZIGBEE技术的无线通信模块。该模块集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性；可实现一点对多点及多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型和MESH型的网状网络结构。

ZIGBEE芯片采用CC2530，通过搭建外围电路，使其与DSP芯片的最小系统相连接。DSP将采集到的温度、振动数据，按照标准协议打包，经过无线链路，传输至上位机。上位机亦可将控制指令通过无线数据链路发送至就地的测温测振控制器，实现报警阀值的远程设定和地址设定。

因电厂输煤现场较广，建筑物遮挡较为严重，有些无线节点无法实现可靠通信。本文通过DSP控制核心，将中继路由功能集成在DSP最小系统中，解决了无线信号遮挡的问题。

3.6EEPROM存储模块

在6KV电机运行过程中，其温度和振动的变化需要记录并形成记录。本文采用AT24C512非易失性存储芯片，可将测温测振控制器的地址信息、被测物体的温度信息、振动信息等过程数据存储，可在上位机或LCD显示模块中，显示历史数据域和历史曲线，便于后期对被测设备的运行状况进行评估，亦可作为故障分析时的历史参考数据。

3.7报警模块

当测得的温度数据、振动数据超出所设定的报警阀值时，需要在就地和远方设备上进行报警输出。本文采用声光报警方式，实现故障报警功能。报警模块包含两路继电器、蜂鸣器和交流指示灯。DSP与继电器之间采用ADUM1400磁偶隔离技术，可防止继电器误动作。两路继电器分别连接蜂鸣器和交流指示灯，当满足报警条件时，DSP驱动继电器动作，随后继电器开启蜂鸣器和交流指示灯，实现声光报警的输出。