基于RS-485總線(xiàn)的水輪機溫度監測系統

引言

水輪機本體故障多發(fā)于定子故障，溫度監測是獲取其工作狀況的有效手段。本文利用TCD-48數字溫度巡檢儀、RS-485總線(xiàn)和Pc機監控分析軟件。構成了一個(gè)水輪機溫度在線(xiàn)監測系統。TCD-48數字溫度巡檢儀能實(shí)現48路溫度采集，直接讀取各個(gè)測點(diǎn)溫度值，并通過(guò)RS-485總線(xiàn)上送PC工控主機，進(jìn)行數據顯示、保存和后期分析。

1 系統的總體構成

水輪機溫度在線(xiàn)監測系統以現有水輪機中的測溫元件和數字溫度巡檢儀為基礎，以一臺工控微型計算機作為系統主機，通信方式采用RS-485總線(xiàn)技術(shù)。RS-485總線(xiàn)通信方式在對通信速度要求不高的情況下。具有實(shí)現簡(jiǎn)單、成本效費比高和數據傳輸可靠的優(yōu)點(diǎn)。TCD-48溫度巡檢儀作為下位機，采集各個(gè)測溫元件的溫度值，并把數據通過(guò)總線(xiàn)傳送給主機。主機內實(shí)時(shí)監控系統進(jìn)行數據分析處理。

一臺小型水輪發(fā)電機的測溫元件一般有16～64個(gè)，大中型機組超過(guò)100個(gè)，分別分布在水輪機的定子和軸承等部位。以某水電站8 Mw空冷水輪發(fā)電機為例：定子線(xiàn)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數字溫度巡檢儀采用MCS一51單片機為內核，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數字溫度巡檢儀每臺可采集監測48個(gè)點(diǎn)。一臺大中型水輪發(fā)電機，100多個(gè)點(diǎn)的溫度監控點(diǎn)需要3臺溫度巡檢儀。采用RS-485接口的串行數據總線(xiàn)完成溫度巡檢儀和工控PC主機的雙向通信。RS一485總線(xiàn)傳輸距離長(cháng)。大于1200 m?？垢蓴_能力強。通過(guò)PC主機實(shí)現溫度在線(xiàn)監控。對單臺溫度巡檢設備可以在30m內完成48路溫度檢測，并上送上位機。通過(guò)實(shí)時(shí)監控可以很快發(fā)現溫度異常，并定位故障源。

1．1 系統硬件結構

圖1是總體的系統框圖，溫度采集數據經(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(jiǎn)單地根據溫度上下限進(jìn)行聲光報警。溫度巡檢儀通過(guò)終端接口掛在RS一485總線(xiàn)上，和上位PC主機保持雙向通信。

圖1系統總體機構框圖

1．2 RS—485總線(xiàn)結構

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(xiàn)。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(xiàn)即可，布網(wǎng)簡(jiǎn)單、結構可靠。

由于溫度巡檢儀相對數據發(fā)送量少，多點(diǎn)通信。傳送距離比較長(cháng)。要求結構簡(jiǎn)單可靠。所以本系統采用RS-485布設通信總線(xiàn)。采用MAX491和MAX232模塊連接主機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(xiàn)RS-485通信模式和PC機RS-232通信模式的轉換。通信結構圖如圖2所示。

圖2 RS-485總線(xiàn)結構

由于RS-485通信工作于半雙工狀態(tài)，所以需要對通信過(guò)程加以控制。由PC主機發(fā)送總召(召喚)命令，對應地址的溫度巡檢儀上送溫度數據和自身狀態(tài)數據。3臺TCD-48數字溫度巡檢儀，1 min左右即可完成一次輪詢(xún)，并實(shí)現數據的雙向通信。