变压器风冷控制系统时间继电器的设计.pdf

2023年第1期 安徽电子信息职业技术学院学报 No.l 2023第22卷(总鎗 12锄)JOURNAL OF ANHUI VOCATIONAL COLLECT：OF ELECTRONICS&INFORMATION TECHNOLOGY Sum No.124 Vol.22文章编号1671-802X(2023)01-0014-04变压器风冷控制系统时间继电器的设计李慧勇张祥(内蒙古电力(集团)有限责任公司乌兰察布供电分公司，内蒙古 乌兰察布012000)摘要：变电站中的风冷控制系统对变压器的散热至关重要，风机的启停依据变压器的运行温度与 设定的时间间隔。以单片机为主控器设计了 一种智能时间继电器，具有四种工作模式，每种工作模式的 延时范围可在一定范围内任意调节，经Proteus仿真验证，该系统运行可靠，具有一定的应用价值。关键词：变电站；变压器风冷系统；时间继电器；电子技术中图法分类号：TP587.2 文献标志码:ADesign of Time Relay for Transformer Air-cooling Control S ystemLi Huiyong,Zhang Xiang(Ulanqab Power Supply Branch of Inner Mongolia Electric Power(Group)Co.,LTD,Ulanqab 012000,China)Abstract:The air cooling control system in the substation is crucial to the heat dissipation of the transformer.The start and stop of the fan is based on the operating temperature of the transformer and the set time interval.A kind of intelligent time relay is designed with a single chip microcomputer as the main controller,which has four working modes.The delay range of each working mode can be adjusted arbitrarily within a certain range.The Proteus simulation shows that the system operates reliably and has certain application value.Key words:substation;transformer air cooling system;time relay;electronic technique1引言在变电站变压器风冷控制系统中，时间继电器 是比较常用的一种控制元件，它根据设定的延时可 自动完成一些控制功能叫将其应用于变压器的风 冷控制系统中，便可实现延时启动风机的功能。例 如，变压器的运行规程明确要求冷却器全部停运 时，时间继电器开始计时，若变压器的运行温度低 于75 当变压器的运行时间超过1 h,时间继电 器就会动作，并通过相应的控制回路给非电量保护 一个正电位的输入，此时非电量保护立即动作,跳开 各侧断路器;若变压器的运行温度高于75 T,当变 压器的运行时间超过20 min,同样会导致变压器的 非电量保护动作，使变压器停运。由此可见,时间继 电器在变压器的安全稳定运行中具有重要的作用，基于上述背景，设计一款基于单片机控制的智能时 间继电器具有一定的应用价值。2总体方案设计时间继电器的工作原理是，通过电气元件或机*收稿日 ffl：2022-12-11作者简介:李議勇(1987-),男，内蒙古集宁人，高级工程师，研究方向：电力系统继电保护技术管理。XUEBAO2023-03-20李慧勇*变压器风冷控制系统时间继电器的设计第1期械器件来实现一定的延时，闭合或断开相关的控制 电路，进而实现相关系统的延时控制。它最主要的 作用是可替代复杂的软件程序，来实现自动控制回 路的延时需求2】。时间继电器被广泛应用于各种电 机的起停控制，实质上它的使用是继电器容量与 触点的一种合理扩展,类似于控制系统中的各种中 间继电器一样,利用它可以实现弱电对强电的安全 控制。2.1功能需求分析按照二进制计算原理，两位BCD拨码开关（KI 与K2）可进行四种延时模式的组态，这四种模式分 别对应的是ls.10s.60s以及600s四种延时，四种 组态模式代表的延时范围如下表1所示。为了提高 智能时间继电器的延时范围，使其具有更灵活的延 时功能，同时设计了一个旋钮可实现在四种延时范 围内的任意调节。如调节两个拨码开关为01组态,则可通过旋钮旋转获得010s之间具体某个时 间,如将旋钮转至正中间位置,则代表此时的延时 是5s。那么该智能时间继电器最终的延时是由工作 延时模式与延时旋钮共同决定的，例如当时间继电 器工作在延时模式一时，其最大的延时是Is,若延 时旋钮此时旋转在6刻度处时，则可计算出此时的 总延时便是0.6s,也即经过0.6s后,该智能时间继 电器自动动作。由上述分析,可知该设计的智能时 间继电器可实现的最大延时范围为600s,且在0 600s内继电器动作的时间任意可调。由此可得四种 工作延时模式的延时范围。（1）延时模式一的延时范围：01 s;延时模式二的延时范围：010 s;（3）延时模式三的延时范围：060 s；（4）延时模式四的延时范围：0600 s；表1四种延时模式的组态模式K1位置K2位置延时范围/s模式一000 1模式二01010模式三10060模式四110-6002.2系统总体方案整个控制系统的核心是单片机，还有电源模块、拨码开关模块、LCD液晶显示模块和继电器输出模 块，同时为了具有一定的提醒作用，设计有相应的报 警指示模块,当该智能时间继电器动作时，发出声光 报警指示信号，总体设计方案如图所示。图1总体方案设计框图2.3单片机的选型基于以上对整个项目的功能分析后，项目所需 的技术并不复杂，只需一组通信引脚以及I/O 口即 可实现上述延时功能。因此在单片机的选型上，无需 考虑太多的外设资源、数据通信及处理能力方面的 需求。因此综合考虑设计难度以及开发成本，选用 STC89C52单片机为智能时间继电器的主芯片。该单 片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，内 含具有8 KB在系统可编程Flash存储器、0.5 KB RAM、32位I/O 口、看门狗定时器、内置4KBEEP-ROM.MAX810复位电路、三个16位定时器/计数 器、一个6向量2级中断结构和全双工串行口，即可 完全满足该系统需求。2.4 A/D转换芯片的选型2023-03-20XUEBAO李慧勇*变压器风冷控制系统时间继电器的设计第1期由于时间继电器的量程旋钮输出的是模拟信 号，而STC89C52单片机只能识别数字量信号，为了 使量程旋钮与单片机能够进行数据的传输，需要对 旋钮输出的信号进行A/D（模数）转换，并将转换后 的数字量信号传输给单片机。A/D转换模块使用的 是ADC0832转换芯片来完成。ADC0832是美国国 家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性,应用较为广泛。正 常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据 线,分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端 在通信时，并不是同时处于工作状态，并且DO端、DI端与单片机的接口是双向的，所以该系统中将 DO和DI并联在一根数据线上使用。ADC0832转换 芯片不但经济性好，而且完全满足本方案智能时间 继电器的功能需求。3系统硬件设计3.1硬件概述智能时间继电器采用LCD液晶显示屏,主要用 于显示当前的延时时间与工作状态；为了提高智能 时间继电器的延时范围，采取一个可调旋钮进行量 程的选择,其放大的倍数在一定范围内可任意调节;同时，为了安装方便,智能时间继电器必须体积小，重量轻，其机械底座尺寸如下图2所示。注：尺寸单位为mmo/丄2 4 53、6 62*71 8(。电源c+图2底座接线示意图3.2延时旋钮电路智能时间继电器有四种工作延时模式，每种模 式的具体范围是由延时模式与延时旋钮共同决定 的。可调的延时旋钮实质上相当于一个在一定范围 内可任意调节的电位器，其输出的模拟量信号必须 Y A XUEBAO,2023-03-20经A/D转换模块进行转换，才能被STC89C52单片 机识别与接收，其硬件电路设计如图3所示。VCC VCCU2R2P13CS12348765VCCCH0CLKP10CH1DIP11GNDDO|厂ADC0832GND 图3延时旋钮硬件电路设计3.3继电器电路继电器电路工作原理如图4所示。当单片机计 时器达到设定的延时后，其P37引脚输出低电平，进 而通过三极管驱动继电器动作。当继电器线圈得电 后，其触点便会动作，实现相应的控制功能。由于继 电器的吸合过程需要较大的功率，所以在此采用 PNP三极管作为功率放大驱动器，以提供足够的驱 动负载能力，从而保证智能时间继电器的可靠性。VCCP37 告一Q2PNP K2 2 P3 输岀控制节点5卜图4继电器控制硬件电路设计4系统软件设计4.1主程序主程序的设计思路是开机后进行初始化，首先 对四种工作延时模式进行选择，根据拨码开关的位 置,选择当前的工作模式;然后对延时旋钮放大量程 进行选择，根据延时旋钮所处的位置不同，得到该工 作模式下的放大倍率；此时如果启动键被按下就执 行相应的设置程序，反之则判断是否达到动作时间,从而控制时间继电器动作输出，主程序流程如下图李慧勇*变压器风冷控制系统时间继电器的设计第1期5所示。4.2拨码开关子程序拨码开关主要的作用是选择智能时间继电器的 工作延时模式,根据两个拨码开关的不同位置，智能 时间继电器具有四种工作延时模式。拨码开关模块 软件实现的流程如图6所示。选择倍率图5主程序流程图开始)NNN读取拨码开关状态KEY1=O且KEY2=0KEY1=O且KEY2=1KEY1 H.KEY2=0KEY1=1且KEY2=1返回模式一模式二模式三模式四图6拨码开关子程序流程图5系统仿真为了验证本方案的效果，采用Keil5与Proteus8 进行联合仿真。以延时模式二为例，仿真图如图7 所示。调试的原则是分模块、分功能进行逐项调试。由 图7可看出延时模式二的最大延时范围是10 s,延 时旋钮调节到1.0刻度处，此时时间继电器的延时 是1 s。图7时间继电器延时模式二仿真图（下转第22页）2023-03-20XUEBAO樹E3园El张留忠*基于工业物联网和PLC的远程控制系统设计第1期关远程采集传输技术与PLC自动化控制技术深度 融合,实现快速搭建三相交流异步电动机PID变频 调速远程控制系统，并给出系统软硬件设计方案；经验证，该系统运行可靠。该系统的设计方法与思 路,还可广泛应用于温度、压力、流速、流量和压差 等工业控制场合,具有一定的推广应用价值。参考文献1 李毛,黄勋.PLC在“工业4.0”及“中国制造2025”新形势 下的发展趋势JJ.产业与科技论坛,2017,16(13):104-106.2 P.S enthilkumarK.Rajeshg.Design of a model based engineering deep learning scheduler in cloud computing environment using Industrial Internet of Things(HOT)J.Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing,2021(11):1-9.唐杰，马亮，闵利昆，等.工业物联网网关的研究与实现J.自动化博览,2020(1):78-80.4 孙常青，郑富