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摘 要

变压器是电力系统各种电气设备中的重要组成部分，是变电站的核心设备。它安全、稳定地运行关系到供电系统的安全。对油中溶解的气体进行检测分析并将气体分离出去，才能够减少变压器不必要的事故停用，保证电力系统稳定可靠地运行。所以，变压器油气分离在电力系统中具有极其重要的意义。

在对温度PID控制，Modbus通讯协议和嵌入式系统有一定了解的基础上，给出软件系统的设计方案，以实现变压器中的油气分离。软件系统设计主要包括测温模块，温度PID控制模块、Modbus通讯协议和手动控制模块等。

首先介绍了变压器油气分离控制装置的背景、意义等，其次介绍了测温模块、PID控制、Modbus通讯及手动控制的相关原理，然后介绍了与之相应的硬件电路和软件设计的过程，包括程序的流程图和部分程序，最后介绍了系统调试的相关内容。并在论文结尾附有主程序、各功能模块子程序。

关键词：变压器油气分离 软件设计 温度PID控制 Modbus通讯协议

Design of the software system of transformer oil separator control device

Abstract

Transformers are an important part of electrical power system equipment which is the core equipment substation. It’s safe, secure and stable operation is related to the power supply system. Oil dissolved gas analysis and gas detection separated before they can be disabled is to reduce transformer’s unnecessary accidents to ensure stable and reliable operation of the power system. So, transformer oil separator has a great significance in the power system.

Based on a certain understanding about PID control of temperature, Modbus communication protocols and embedded systems, software system design is given to achieve transformer oil separator. Software system design includes temperature measurement modules, PID control of temperature module, Modbus communication protocol and manual control module.

Thesis introduces the transformer oil separator control device context, meaning, etc., followed by introduction of the relevant principles of temperature measurement module, PID control, Modbus communications and manual control, and then introduces the corresponding hardware and software design processes including flowchart and the part of the program, and finally introduces the system debugging related content. And at the end of the thesis there are the main program and each functional module subroutine.

Keywords: Transformer oil separator; Software design; PID control of temperature; Modbus communication protocol

目录

摘　要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 油气分离装置发展背景和研究意义 1

1.3 油气分离装置的国内外现状和发展展望 2

1.4 本文工作内容与结构 3

第二章 油气分离控制装置相关原理 5

2.1 油气分离控制装置原理 5

2.2 测温模块 6

2.2.1 温度传感器 6

2.2.2 AD623放大电路 8

2.2.3 AD转换 8

2.3 PID控制 9

2.3.1 PID控制概述 10

2.3.2 PID控制的分类 10

2.3.3 PID控制的原理 10

2.3.4 PID控制的参数整定 11

2.4 Modbus通讯协议 11

2.4.1 Modbus的传输方式 12

2.4.2 Modbus的特点 12

2.5 控制执行 12

2.5.1 控制点 12

2.5.2 控制要求 13

第三章 油气分离控制装置硬件电路简介 14

3.1 系统硬件电路 14

3.2 测温模块 16

3.3 485通讯模块 16

3.4 控制模块 18

第四章 变压器油气分离控制装置软件系统设计 19

4.1 设计思想及结构 19

4.2 测温模块 21

4.2.1 温度传感器 21

4.2.2 AD转换 23

4.3 PID控制 27

4.3.1 PID控制的原因 27

4.3.2 PID控制程序实现 27

4.3.3 PID控制具体实现方法 28

4.4 Modbus通讯 29

4.4.1 此装置系统的Modbus需求 30

4.4.2 Modbus通讯协议的移植 31

4.5 手动控制模块 34

第五章 系统调试 36

5.1 系统调试与结果 36

5.2 调试问题与解决 37

结语 38

参考文献 39

致谢 41

附录：变压器油气分离控制装置软件主体程序 42

第一章 绪论

1.1 引言

变压器是变电站的主要设备。而对变压器进行油气分离是保证其正常运行的必要手段。变压器在运行中由于种种原因产生的内部故障，如局部过热、放电、绝缘纸老化等都会导致产生一定量的气体溶解于油中^[1]。这会对变压器正常稳定地运行产生了很大的影响，甚至有可能引发灾难性的事故，所以对变压器进行油气分离是十分必要的。

变压器油气分离装置中，最重要的就是采集温度和压力信号，对于采集得到的信号进行处理，然后根据得到的数据去控制齿轮泵、气泵、加热棒等输出装置，实现系统的远程控制。使得系统能够稳定在一定的温度下，这样就能够实现变压器的油气分离^[2]。

1.2 油气分离装置发展背景和研究意义

能源是国民经济发展的基础，我国对能源的需求已经从出口国变成了进口国，能源成为制约我国经济发展的重要因素之一。电力是我国极其重要的能源支柱产业。但是从人均用电量来看，我国与发达国家，甚至世界平均水平都有着较大的差距。因此，我国还必须加大电力行业的投入，我国电力事业的发展仍任重而道远。

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