CN103278263B - 压力式温度计智能检定*** - Google Patents

Abstract

一种压力式温度计智能检定***，包括机械部分、控制部分、恒温油槽和摄像头。其中机械部分包括基础平台、机械臂和传动机构，控制部分包括主控计算机、运动控制单元、操作单元、数据站单元和数据采集卡。智能检定***的自动检定过程包括自动寻表、自动对表、读取配置信息、自动检测和数据分析处理等。采用本智能检定***可以同时对多台压力式温度计进行智能化检定，同时还能对绕组温度计进行热模拟试验。在检定过程中不需要进行人工干预，以提高检定工作效率，节省人力，避免对试验人员的身心健康造成损害。

Description

压力式温度计智能检定***

技术领域

本发明涉及电力***的变压器测温装置的自动检定，具体地讲是压力式温度计智能检定***。

背景技术

在电力***中，压力式温度计又称为温控仪，不仅用于测量变压器的温度，还关系着变压器冷却器自启动、强油循环变压器冷却器全停保护、温高报警等功能，其运行可靠性和测量精确度直接关系到电力***的安全与稳定。压力式温度计的运行可靠性、测量精确度与其检定工作有密切联系。目前，压力式温度计的检定一般采用全人工检定方法，检定过程繁琐、工作量大、安全责任重，需要2名专业人员不间断工作8小时才能完成单台压力式温度计的检定工作。近年来随着电网高速发展，变电站数量急剧增加，压力式温度计的数量也呈几何增长，致使人员紧缺和工作量大之间的矛盾日益突出。同时，传统检定方法存在由于人工估读而无法保证数据精度的问题，可能会出现较大的检定误差，影响测量精确度。此外，在校验过程中当温度升高到100-150℃时，校验介质（变压器油）会挥发出大量对人体有害的致癌气体，对试验人员的身心健康造成极大危害。因此，传统的压力式温度计检定方法已无法满足目前的工作需要。

中国实用新型专利ZL201220355017.5公布了一种压力式温度计全自动检定***，提供了压力式温度计的一种全自动检定方案。但是，该***不能同时对多台压力式温度计进行检定，检定工作效率不高；并且在检定过程中，对电接点检定和变送信号检定的步骤仍然需要人工干预，智能化程度仍有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种压力式温度计智能检定***，该***可以同时对多台压力式温度计进行智能化检定，同时还能对绕组温度计进行热模拟试验。在检定过程中不需要进行人工干预，以提高检定工作效率，节省人力，避免对试验人员的身心健康造成损害。

本发明的技术方案如下：一种压力式温度计智能检定***，包括机械部分、控制部分、恒温油槽和摄像头。

机械部分包括基础平台、机械臂和传动机构；基础平台包括垂直固定于底座1上的用于挂放一台以上待检定压力式温度计的平面挂架2；机械臂包括主梁X3、固定于主梁X3的支撑梁Y1、Y2以及固定在支撑梁Y1、Y2上的直线滑轨X1、X2，直线滑轨X1、X2呈水平且平行于平面挂架2的挂放平面；机械臂通过固定在支撑梁Y1、Y2上的滑块Z12以及穿过滑块Z12的滑动导杆Z1、Z2、Z3、Z4连接到平面挂架2上；传动机构包括安装在直线滑轨X1、X2上的横向运动伺服电机X11、X21和滑动云台S1、S2，还包括上下运动伺服电机Z01和滚珠丝杆Z0，横向运动伺服电机X11、X21通过同步带连接到滑动云台S1、S2，上下运动伺服电机Z01通过联轴节连接到滚珠丝杆Z0，滚珠丝杆螺母通过连接板Z02固定在主梁X3上。

控制部分包括主控计算机、运动控制单元MCU、操作单元OPU、数据站单元DSU和一个以上数据采集卡，运动控制单元连接到主控计算机和横向运动伺服电机X11、X21及上下运动伺服电机Z01的控制端，操作单元连接到主控计算机，数据站单元连接到主控计算机，每个数据采集卡一端连接到数据站单元，另一端连接到一台待检测的压力式温度计。其中，运动控制单元的构造如下：包括伺服控制板和运动控制卡，伺服控制板通过光耦合器连接到运动控制卡，运动控制卡连接到主控计算机；伺服控制板还通过光耦合器连接到横向运动伺服电机X11、X21以及上下运动伺服电机Z01的控制端。

恒温油槽的控制端连接到数据站单元，待检定压力式温度计的感温包放置在恒温油槽中。

摄像头固定在滑动云台S1、S2且连接到主控计算机，摄像头镜头正对待检定压力式温度计。

为了对绕组温度计进行热模拟试验，还设置了电流源，电流源的控制端连接到数据站单元。

针对上述智能检定***，本发明还提供了一种自动控制方法，具体步骤如下：

步骤1、自动寻表：移动摄像头，自动识别和判断平面挂架上各表位位置是否挂置有待检测压力式温度计，并记录表位状态；

步骤2、自动对表：移动摄像头，依次对准已挂置的待检测压力式温度计的表盘中心，并记录坐标位置；

步骤3、读取配置信息：从配置文件中读取数据，设置本次检定的量程、基本刻度点，选定远传信号的类型；

步骤4、自动检测：

发送控制指令到恒温油槽，使油槽温度从量程设定的最低温度逐渐升温至量程设定的最高温度；在升温期间，采集和记录各项检测数据，具体有：实时采集和记录恒温油槽的温度值；移动摄像头，依次采集各表位上待检测压力式温度计的表盘图像，自动识别和记录指针指示；通过采集卡实时采集远传信号值并记录；实时采集和记录接点动作值；

发送控制指令到恒温油槽，使油槽温度从量程设定的最高温度逐渐降温至量程设定的最低温度；在降温期间，采集和记录各项检测数据，具体有：实时采集和记录恒温油槽的温度值；移动摄像头，依次采集各表位上待检测压力式温度计的表盘图像，自动识别和记录指针指示；通过采集卡实时采集远传信号值并记录；实时采集和记录接点动作值；

步骤5、数据分析处理：分析数据，针对每一台压力式温度计填写基本误差表、接点整定表，绘制温升曲线图，生成检定报告。

压力式温度计的检定主要包括基本刻度点、远传信号值和接点动作值检定。针对基本刻度点采用图像识别技术来自动识别刻度盘指针指示，针对远传信号值通过实时采集电流或电阻信号，针对接点动作值则是采用实时采集接点状态的方法来实现检定。首先在基础平台挂放一台以上的待检定压力式温度计，主控计算机依照检测程序，发出控制指令使恒温油槽缓慢升温或降温，在此期间，主控计算机通过运动控制单元控制传动机构，带动机械臂上下移动和滑动云台横向移动，使固定在滑动云台上的摄像头自动采集压力式温度计的表盘图像。表盘图像输入到主控计算机后，利用图像识别技术，自动识别出刻度盘指针指示。主控计算机同时控制数据站单元通过数据采集卡采集压力式温度计开关接点动作值、远传信号中的电流信号或电阻信号等。为进行数据分析比较，数据站单元还需要实时采集恒温油槽的温度。针对绕组式温度计的热模拟试验，数据站单元还采集电流源数据。主控计算机对采集到的数据进行分析，实现压力式温度计的自动检定。

本发明取得的技术效果是：实现了对多台压力式温度计同时进行无人值守的智能检定，极大地提高了工作效率，节省了人力。原人工检定需要两个试验人员持续工作8小时才能检定一台压力式温度计，采用本发明，只需4小时即可检定多台压力式温度计。试验人员只需挂置好待检测的压力式温度计，连接好所需线路，启动检定程序即可。在检定过程中不需人工干预，避免了检验介质油在高温时挥发的气体对试验人员身心健康造成的伤害。应用图像识别技术自动识别刻度盘指针指示，也避免了传统人工检定由于人工估读而无法保证数据精度的问题，提高了测量精确度。本发明还能对绕组温度计进行热模拟试验，增加了实际的应用范围。

附图说明

图1为***结构图。

图2为基础平台的结构示意图。

图3为机械臂和传动机构的结构示意图。

图4为控制部分的原理图。

图5为自动检定流程图。

图6是***输出的基本误差表。

图7是***输出的接点整定表。

图8是***绘制的温升曲线图。

具体实施方式

基础平台如图2所示，采用金字塔结构，该结构具有稳定性强、可靠牢固、调节灵活等优势。为了保证刚性要求，材料采用铝型材，牌号为6063的高强度铝合金。基础平台单面可同时挂置、校验4台温控仪，约1520mm；高度的设计依据试验人员的平均身高，按照1600mm设计，同时安装温控仪时需要将机械臂升高以避免碰坏摄像头，故总高为2000mm；宽度设计依据内部走线、以及平衡锤的直径确定，为1000mm。基础平台上下采用开放式结构，方便驱动器、强电及弱电部分等设备散热。组装平面挂架的铝合金材采用燕尾槽设计，组装方便、调节灵活、便于紧固，结合二级结构件的组合，方便不同类型设备的安装、应用，相比传统的挂架具有安装稳固、装拆速度快，二次接线安全性高等优势，能够满足不同类型温度计的安装要求。

机械臂和传动机构如图3所示，机械臂的动作形态为直角坐标型，可以在三个互相垂直的方向上作直线伸缩运动，机械臂三个方向的运动是独立的，计算和控制比较方便。机械臂采用龙门结构，方便温度计的安装同时便于摄像头定焦。机械臂的宽度依据是摄像头的焦距。本***的自由度数为3，分别为沿X1、X2、Z0的三个独立方向，即沿滑轨X1和X2的左右运动和沿滚珠丝杆Z0的上下运动。工作台两面各有4台温度计， X1、X2滑轨上的伺服电机用同步带分别连接到移动云台S1、S2，带动摄像头进行横向扫描，每隔5秒扫描一次。当装配温度计时需要将机械臂移动到顶部，装配完毕后，向下移动机械臂到温度计盘面的圆心位置停下。传动机构将伺服电机的匀速单方向的回转运动转化为垂直方向的直线升降运动和水平方向的左右平移运动。垂直方向的直线升降运动采用滚珠丝杆传动，丝杆转动把旋转的运动改变为直线运动，用于距离较短的高精度定位，电机和滚珠丝杆只用联轴节连接，没有间隙。采用滚珠丝杆主要有以下考虑：1、高精度的保证，智能检定***对精度要求高，达到0.2级，远远高于人工校验的精度，***采用的滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的。2、微进给的保证，本***采用的滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，能保证实现精确的微进给。

如图4，主控计算机由工控主板构成。运动控制单元MCU主要包括运动控制卡和伺服控制板，其中运动控制卡采用DMC1380，DMC1380是专为运动控制芯片设计的PCI总线脉冲式运动控制卡，可针对本***的三个交流伺服电机进行点位运动控制。DMC1380卡内含脉冲和方向接口，其位置指令可用单路脉冲（脉冲+方向）或双路脉冲（CW+CCW脉冲）方式输出，可以是差分式输出电路也可以是单端式输出电路。本***选用双路方式、差分式输出电路。另外，除了通用输入输出信号接口外，DMC1380还包括原点、限位、减速等专用信号接口，具有即插即用、编程简易、稳定可靠、价格便宜等特点，满足本***的控制要求。操作单元OPU主要包括人机交互面板和第二电子手轮，共同实现与主控计算机和运动控制单元的数据交互。数据站单元DSU负责一般数据的收集，包括三部分的数据：1、压力式温度计开关接点动作值，还包括远传信号值的电流信号或电阻信号，这些数据通过数据采集卡采集；2、恒温油槽的实时温度；3、电流源的电流值。摄像头通过USB接口连接到工控主板，由工控主板直接进行图像的采集以及处理。

电源是保证***正常运转的动力，本***通过第一变压器分别为恒温油槽FLUKE-7320、控制部分、电流源提供220V电压；同时为压力式温度计提供24V工作电源。第二变压器是隔离变压器，为三个电机提供220V电压，使用隔离变压器是为了更好的电气绝缘同时滤除电压中的谐波等，为电机提供更加稳定的电压。

如图5所示，具体检定过程为：在基础平台挂放一台以上的待检定压力式温度计，在程序的控制下，首先进行自动寻表，即通过运动控制单元控制传动机构，带动机械臂上下移动和滑动云台横向移动，使固定在滑动云台上的摄像头自动搜索平面挂架上的各个表位，将图像传给主控计算机，判断各表位上是否挂置了待检测的压力式温度计，记录表位状态。

其次进行自动对表，同样是通过运动控制单元控制传动机构，带动机械臂上下移动和滑动云台横向移动，使固定在滑动云台上的摄像头依次对准到已挂置待检测的压力式温度计的表盘中心，记录下坐标位置。

然后读取配置信息，主控计算机从配置文件中读出本次检测的设置信息，包括量程、基本刻度点和远传信号的类型等。

之后进入检测阶段。先进行正程检测，即由主控计算机发出指令到恒温油槽，使油槽温度从量程所设定的最低温度逐渐升温到量程所设定的最高温度。在油槽升温过程中，运动控制单元控制传动机构，每隔5秒即移动摄像头，按先前记录的坐标位置，依次对准到所有待检测的压力式温度计的表盘，采集压力式温度计的表盘图像。对于寻表过程中记录到的未挂置压力式温度计的表位，则跳过不采集。采集到的表盘图像输入到主控计算机后，利用图像识别技术，主控计算机自动识别和记录刻度盘指针指示。在油槽升温过程中，数据站单元实时采集和记录油槽的温度，并且通过采集卡实时采集和记录远传信号值，实时采集和记录接点动作值。然后进行逆程检测，即由主控计算机发出指令到恒温油槽，使油槽温度从量程所设定的最高温度逐渐降温到量程所设定的最低温度。逆程检测期间，采集和记录的各项数据与正程检测期间一样。

最后进行数据的分析和处理，针对每一台压力式温度计填写基本误差表、接点整定表，绘制温升曲线图，生成检定报告。

针对绕组温度计的检定，智能检定***还可以在完成上述检定的过程中同时进行热模拟试验，具体方法为：主控计算机根据额定变压器容量、电压等级计算额定互感器CT电流，再根据内置的温升曲线查表得出额定铜油温差下的加热电流。从而自动控制电流源输出额定互感器CT电流，经绕组温控仪的匹配器后输出加热电流，模拟铜油温差。

***技术指标如下：

1、基本规格：

最大同时校验温控仪数量：8块，2个型号（分两面安装）；

温控仪安装方式：垂直安装；

恒温油槽数量：2 （标配型号FLUKE-7320）；

温控仪远传信号测量精度：0.2%；

温控仪远传信号测量非线性：≤0.2%；

温控仪开关接点采样时间：500ms；

温控仪度盘指针位置最小分辨率：0.5º。

2、机械规格：

整机重量：460kg （不含恒温油槽）；

整机尺寸：2100 × 1000 × 2150 mm （长 × 宽 × 高）；

机械臂行程：X1，X2轴 1350mm；Z轴 450mm；

机械臂负重：≤ 1.5kg；

摄像头移动速度：X轴 300mm/s (max)；Z轴 200mm/s (max)。

3、电气规格：

工作电压：三相AC380V/50Hz；

最大消耗功率：3KW。

Claims (5)

1.一种压力式温度计智能检定***，其特征在于，包括机械部分、控制部分、恒温油槽和摄像头；

所述机械部分包括基础平台、机械臂和传动机构；基础平台包括垂直固定于底座（1）上的用于挂放一台以上待检定压力式温度计的平面挂架（2）；机械臂包括主梁（X3）、固定于主梁（X3）的支撑梁（Y1、Y2）以及固定在支撑梁（Y1、Y2）上的直线滑轨（X1、X2），直线滑轨（X1、X2）呈水平且平行于平面挂架（2）的挂放平面；所述机械臂通过固定在支撑梁（Y1、Y2）上的滑块（Z12）以及穿过滑块（Z12）的滑动导杆（Z1、Z2、Z3、Z4）连接到所述平面挂架（2）上；传动机构包括安装在直线滑轨（X1、X2）上的横向运动伺服电机（X11、X21）和滑动云台（S1、S2），还包括上下运动伺服电机（Z01）和滚珠丝杆（Z0），横向运动伺服电机（X11、X21）通过同步带连接到滑动云台（S1、S2），上下运动伺服电机（Z01）通过联轴节连接到滚珠丝杆（Z0），滚珠丝杆螺母通过连接板（Z02）固定在主梁（X3）上；

所述控制部分包括主控计算机、运动控制单元、操作单元、数据站单元和一个以上数据采集卡，运动控制单元连接到主控计算机和所述横向运动伺服电机（X11、X21）及上下运动伺服电机（Z01）的控制端，操作单元连接到主控计算机，数据站单元连接到主控计算机，每个数据采集卡一端连接到数据站单元，另一端连接到一台待检测的压力式温度计；

所述恒温油槽的控制端连接到所述数据站单元，待检定压力式温度计的感温包放置在恒温油槽中；

所述摄像头固定在所述滑动云台（S1、S2）且连接到所述主控计算机，摄像头镜头正对待检定压力式温度计。

2.如权利要求1所述的压力式温度计智能检定***，其特征在于，所述运动控制单元包括伺服控制板和运动控制卡，伺服控制板通过光耦合器连接到运动控制卡，运动控制卡连接到主控计算机；伺服控制板还通过光耦合器连接到横向运动伺服电机（X11、X21）以及上下运动伺服电机（Z01）的控制端；还包括第二电子手轮，第二电子手轮通过光耦合器连接到所述运动控制卡，并且连接到所述操作单元。

3.如权利要求2所述的压力式温度计智能检定***，其特征在于，所述运动控制卡型号为DMC1380，恒温油槽型号为FLUKE-7320。

4.如权利要求1所述的压力式温度计智能检定***，其特征在于，还包括电流源，电流源的控制端连接到所述数据站单元。

5.如权利要求1所述的智能检定***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、自动寻表：移动摄像头，自动识别和判断平面挂架上各表位位置是否挂置有待检测压力式温度计，并记录；

步骤2、自动对表：移动摄像头，依次对准已挂置的待检测压力式温度计的表盘中心，并记录坐标位置；

步骤3、读取配置信息：从配置文件中读取数据，设置本次检定的量程、基本刻度点，选定远传信号的类型；

步骤4、自动检测：

发送控制指令到恒温油槽，使油槽温度从量程设定的最低温度逐渐升温至量程设定的最高温度；在升温期间，采集和记录各项检测数据，具体有：实时采集和记录恒温油槽的温度值；移动摄像头，依次采集各表位上待检测压力式温度计的表盘图像，自动识别和记录指针指示；通过采集卡实时采集远传信号值并记录；实时采集和记录接点动作值；

发送控制指令到恒温油槽，使油槽温度从量程设定的最高温度逐渐降温至量程设定的最低温度；在降温期间，采集和记录各项检测数据，具体有：实时采集和记录恒温油槽的温度值；移动摄像头，依次采集各表位上待检测压力式温度计的表盘图像，自动识别和记录指针指示；通过采集卡实时采集远传信号值并记录；实时采集和记录接点动作值；

步骤5、数据分析处理：分析数据，针对每一台压力式温度计填写基本误差表、接点整定表，绘制温升曲线图，生成压力式温度计检定报告。