一种直接空冷岛的温度场数据采集装置及电路的制作方法

本技术涉及一种直接空冷岛的温度场数据采集装置及电路，属于火力发电设备。

背景技术：

1、直接空冷系统在北方地区的火力发电厂中广泛应用。在其运行过程中，空冷系统的冬季防冻是直接空冷机组冬季安全运行所面临的关键挑战。一旦空冷凝汽器的空冷管束内部结冰，将导致空冷翅片管堵塞，可能引发管壁破裂、介质泄漏等严重后果，直接危及电厂汽轮机组的安全运行。

2、为了预防此类问题，需要通过温度场在线监测装置对整个空冷岛的温度场进行实时监控。这有助于辅助运维人员判断因空气侧流动不均匀或蒸汽侧在小流量工况下流量分配不均所导致的局部过冷区域，从而及时做出调整。

3、为实现对空冷岛温度场的有效监测，通常需要布置多达数千个温度测点。如果采用传统的热电阻或热电偶温度传感器，则需要铺设极其庞大的电缆线路，导致施工安装困难、成本高昂。目前，行业内较多采用集成单总线数字温度传感器的测温线缆方案。一根此类测温线缆上可以集成上百个数字温度传感器，从而极大地减少了线缆数量，使铺设和安装变得简单便捷。因此，基于单总线数字温度传感器的测温线缆已成为空冷岛温度场在线监测的主流技术手段。

4、然而，目前普遍采用的单总线温度数据采集电路存在明显的局限性。请参阅图1，其为一种常用的单总线数字温度传感器测温线缆温度数据采集电路。该电路通常仅通过微控制器(mcu)的一个i/o口(如p1.0)直接连接至温度传感器总线，并辅以一个上拉电阻来增强驱动能力。mcu通过该i/o口以严格的时序协议，以分时复用的方式与总线上的所有传感器进行双向数据通信，完成复位、rom搜索、启动转换和数据读取等一系列操作，最终将采集到的数据通过uart转rs-485接口上传至分散控制系统(dcs)。

5、这种传统电路的主要缺点在于：首先，其抗干扰能力差，工业现场环境复杂，存在各种电磁干扰。传统的单向i/o口直接驱动方式，其信号噪声容限低，容易受到干扰导致通信失败或数据错误。其次总线驱动能力有限，单一i/o口的驱动能力限制了总线的物理长度和可挂接的传感器数量。为了确保通信稳定，往往不得不缩短线缆长度或减少单条总线上的传感器数量，这在一定程度上削弱了单总线技术的优势。并且系统可靠性受mcu负担影响，mcu需要通过软件延时精确控制通信时序。当mcu需要同时处理与dcs系统的通信中断等任务时，频繁的中断响应会干扰其对温度传感器总线的精确时序控制，可能导致数据采集失败，降低了整个系统的可靠性。

6、因此，本领域迫切需要一种能够克服上述缺陷的新型数据采集电路及装置，以提升在复杂工业环境下的抗干扰能力、总线驱动能力及系统整体可靠性。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于，提供一种直接空冷岛的温度场数据采集装置及电路，其抗工业现场干扰能力、总线驱动能力强，并一根测温线缆上可接入一二百个数字温度传感器，由此电路实现的装置，数据采集、通信可靠性高。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种直接空冷岛的温度场数据采集装置，包括：微控制器mcu、arm处理器、数据采集电路和通信电路；

3、所述数据采集电路包括第一比较器u1a、第二比较器u1b、第一隔离电路、第二隔离电路、第一上拉电阻r1和第二上拉电阻r2；

4、所述微控制器mcu的输出脚p1.0通过所述第一隔离电路连接至所述第一比较器u1a的正输入端，所述第一比较器u1a的负输入端接入比较电压vr，所述第一比较器u1a的输出端连接至温度传感器总线dq1，并且所述第一上拉电阻r1连接在所述第一比较器u1a的输出端与电源电压之间；

5、所述温度传感器总线dq1还连接至所述第二比较器u1b的正输入端，所述第二比较器u1b的负输入端接入所述比较电压vr，所述第二比较器u1b的输出端通过所述第二隔离电路连接至所述微控制器mcu的输入脚p3.0，并且所述第二上拉电阻r2连接在所述第二比较器u1b的输出端与电源电压之间；

6、所述微控制器mcu通过i2c总线与所述arm处理器通信；

7、所述arm处理器通过第一uart接口和第二uart接口分别连接至第一rs-485通信电路和第二rs-485通信电路，所述第一rs-485通信电路和第二rs-485通信电路用于将采集的温度数据传送至dcs系统。

8、前述的装置，所述第一隔离电路和第二隔离电路为光电隔离电路。

9、前述的装置，所述微控制器mcu通过所述输出脚p1.0和第一比较器u1a对所述温度传感器总线dq1上的数字温度传感器执行复位、rom搜索、启动温度转换及数据读取操作；

10、所述微控制器mcu通过所述输入脚p3.0和第二比较器u1b接收来自所述数字温度传感器的测量数据。

11、前述的装置，所述arm处理器还连接有lcd显示屏和按键，用于显示温度数据和进行参数设置。

12、前述的装置，所述第一rs-485通信电路和第二rs-485通信电路构成冗余通信网络，用于通过双路rs-485总线将数据传送至dcs系统。

13、前述的装置，所述比较电压vr设置为屏蔽幅度低于该电压的干扰信号。

14、一种直接空冷岛的温度场数据采集电路，包括：微控制器mcu、第一比较器u1a、第二比较器u1b、第一隔离电路、第二隔离电路、第一上拉电阻r1和第二上拉电阻r2；

15、所述微控制器mcu的输出脚p1.0通过所述第一隔离电路连接至所述第一比较器u1a的正输入端，所述第一比较器u1a的负输入端接入比较电压vr，所述第一比较器u1a的输出端连接至温度传感器总线dq1，并且所述第一上拉电阻r1连接在所述第一比较器u1a的输出端与电源电压之间；

16、所述温度传感器总线dq1还连接至所述第二比较器u1b的正输入端，所述第二比较器u1b的负输入端接入所述比较电压vr，所述第二比较器u1b的输出端通过所述第二隔离电路连接至所述微控制器mcu的输入脚p3.0，并且所述第二上拉电阻r2连接在所述第二比较器u1b的输出端与电源电压之间。

17、前述的电路，所述微控制器mcu通过i2c总线与arm处理器通信，所述arm处理器通过至少一个rs-485通信接口与dcs系统通信。

18、前述的电路，所述第一隔离电路和第二隔离电路为光电隔离器。

19、前述的电路，所述比较电压vr用于滤除信号中的低幅度噪声。

20、与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

21、(1)本实用新型具有极强的抗干扰能力，通过采用双比较器电路，并设置比较电压，构建了一个硬件信号整形与滤波通道。该设计能够有效屏蔽掉信号幅度小于比较电压vr的各种现场随机干扰噪声，将畸变的信号波形整形成标准的数字脉冲，从而极大地提升了系统在复杂工业电磁环境下的稳定性和数据准确性。

22、(2)本实用新型显著增强的总线驱动能力，通过两个比较器分别驱动发送和接收通道，并辅以上拉电阻，本发明极大地增强了温度传感器总线的驱动能力。这使得单根测温线缆可以稳定挂接一二百个数字温度传感器，并允许使用更长的线缆，在保持系统简单性的同时，大幅扩展了监测的覆盖范围和密度。

23、(3)本实用新型的系统可靠性全面提升，采用mcu和arm处理器的双处理器硬件架构，将实时性要求高的温度传感器总线数据采集任务与数据整合、人机交互和高速通信任务分离开来，二者通过i2c总线进行数据交换，使得数据采集与通信互不干扰，避免了因mcu频繁响应dcs通信中断而导致的温度传感器通信时序错乱问题，从根本上提高了数据采集的可靠性和连续性；通过设置两路隔离的rs-485通信电路，构建了冗余通信网络，当其中一路通信网络发生故障时，系统仍可通过另一路网络与dcs系统保持可靠通信；同时在mcu与总线驱动比较器之间、以及arm处理器与rs-485通信接口之间均设置了信号隔离电路，有效切断了地环路干扰和潜在的高电压窜入路径，保护了核心处理器单元，进一步增强了系统的整体抗干扰能力和长期运行稳定性。

24、(4)本实用新型提升系统效率与可维护性，arm处理器连接lcd显示屏和按键，提供了本地化的人机交互界面，便于现场工作人员实时查看整个温度场的状态、进行参数设置和系统诊断，提高了操作和维护的便捷性。