电流变送器原理应用管理论文

【摘要】在铁路涵洞旁边设计集水井，并在集水井内安装排污泵，采用自动排水控制设备及时将涵洞内积水迅速排干。并利用移动4G网络将排水信息适时回传，在控制电脑上显示现场水位及控制情况，使排水监控人员能够一目了然地看清涵洞积水情况、现场排污泵运行情况及现场供电情况，发现某个涵洞排污泵未及时启动排污还可以远程干预启动。下面小编整理了一些《电流变送器原理应用管理论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

电流变送器原理应用管理论文 篇1：

基于CC2530的井下电流监测系统设计

摘 要：目前国内煤矿井下电力设备电流检测装置大多采用有线监控网络，存在着线路不易扩展维护困难等问题，采用ZigBee技术可以安全有效的对煤矿井下监测区域电流进行监测，主要优点是极低的系统成本、安全的数据传输、灵活的组网和超大的网络容量。

关键词：ZigBee技术；电流检测；传感器子节点；路由子节点；协调器节点

0 引言

目前国内煤矿井下电力设备电流监测装置大多采用有线监控网络，由于井下恶劣的工作环境会导致有线监测系统安装维护困难，随着巷道的掘进，线路不容易扩展。

ZigBee技術主要用来组建低速率的无线个域网，网络中的成员称为节点设备，通过设置大量的传感器节点，可以实现对监测区域各种信息的采集。主要优点是极低的系统成本、安全的数据传输、灵活的组网和超大的网络容量。

1电流监测系统

1.1 ZigBee技术

蜜蜂在采蜜的过程中不断跳舞形成的“ZigZag”的形状，用来共享食物源的方向、距离和位置等信息。蜜蜂体型较小、消耗体能也少，传输信息的效率也较低，人们用 ZigBee 技术来代表具有成本低、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。正是基于以上优点，它才成为无线电流监控系统的首选。ZigBee 无线网络的拓扑结构主要有树型、星型和网状三种。

1.2系统工作原理

监控系统通过电流互感器把一次侧电流变换成二次侧电流，再将二次侧电流变换成数字信号，并通过无线发送模块发送给接受装置。接收装置实时监听无线发送过来的数据信号，当有数据信号发送过来时，就将这些数据进行缓存，再通过有线或者无线模块发送给上位机。上位机能够实时监听、接收、解析接收装置发送来的信息，将信息实时保存到数据库内对应的表中，并且可以实时以表格、图形等形式进行显示。还能对某个阶段、某个或某些采集装置发送的电流值进行检索、提取、转换、展示，当某些值超过预定阀值时，系统将及时给出预警信息。

1.3系统构架

1.传感器子节点2.路由器子节点3.协调器节点

煤矿采煤工作面地形复杂，需要采集的数据多，根据煤矿井下的环境特点，采用树簇拓扑结构组成ZigBee网络。整个网络包括协传感器子节点、路由器子节点、和协调器节点。煤矿井下巷道比较长，传感器子节点发射的功率一般比较小，借助路由节点可以实现帧的多跳传输。

协调器是整个网络的中心，负责把路由器节点以及采集节点加入协调器所建立的网络并给它们分配网络地址，能够与上位机通信，实时将数据上传到管理中心。路由器子节点具有报文转发的功能，它在协调器和传感器子节点之间建立一条通信转发的通道，便于信息的传递。传感器子节点负责对电流信号的采集，通过路由子节点完成数据信息的上报。系统结构如图1所示。

2节点硬件设计

2.1传感器子节点

（1）电流传感器选型

强电流信号无法被单片机进行采集和处理，必须先将一次电流经过电流互感器转换为小的二次电流，再经过电流变送器把二次小电流转换为能够接受和处理的电压信号，如图2所示。

根据实际检测需要，选用 JIC-C21-600P1O2交流电流变送器。JIC-C21-600P1O2是一种利用电磁感应原理将被测电流转换成与原边电流成比例输出的直流电压信号的测量模块，原副边之间高度绝缘。具有高精确度、高线性度、高集成度、体积小结构简单、长期工作稳定且适应各种工作环境的特点。额定输入电流600A，额定输出电压0-5V，电流变送器额定工作电压24V。

（2）CC2530 芯片

CC2530是IT公司推出的基于ZigBee/IEE802.15.4标准的新一代SoC芯片，它集成了一个高性能的RF收发器和一个优化的低耗8051微处理器，8kB的RAM，多达256kB的闪存，包括8路7-12位ADC，2个USART和21 个通用I/O接口。

CC2530是一款无线发射芯片，具有一定的控制功能可完成本设计所需全部功能无需外加控制芯片，因此CC2530选用实现无线信号的发送和接收。

（3）采集物理装置总体电路设计

CC2530 芯片上P0.0-P0.7 口为 ADC 通道，可将采集到的模拟信号转换成数字信号，而无需其他辅助电路。电流变送器输出UA、UB和UC分别接到P0.7、P0.6和P0.5接口。如图3所示。

2.2路由子节点

井下收到各种环境因素的影响，传感器子节点的可靠发射距离100m。为了传递传感器的信息，需要增加路由子节点，起到中转站的作用，把传感器子节点的数据转发到协调器节点，扩大数据传输的距离。路由子节点一般安装在较长巷道中间位置和巷道的转弯位置。

数量根据巷道实际长度而定。CC2530前端增加一个CC2591射频前端来提高发送功率和接收灵敏度。CC2530 与CC2591的接口电路如图4所示。

2.3协调器节点

协调器负责组网和通信，将采集到的信息上传到管理中心，是整个网络的中心。主要有和上位机通信的CAN总线接口、液晶显示、报警指示电路。作为整个网络的中心，必须保证其长时间不断电的运行，一般采用外接电源供电，系统结构如图5所示。

3软件流程设计

协调器节点上电后初始化硬件平台，然后执行操作系统，启动ZigBee网络，再进入侦听状态，把接收到的信息传到上位机。传感器子节点和路由子节点在程序上基本相同，只是工作模式不同。CC2530具有4种功耗模式，睡眠状态电流消耗只有0.9μA，为了进一步降低功耗，可以把传感器子节点设计成睡眠-工作-睡眠模式，不工作时处于睡眠状态。协调器和传感器子节点程序流程如图6所示。

设计开发环境选用AIR7.60，AIR7.60是在Z-STACK-2.4.0-1.4.0协议栈基础上编写的应用层软件。

4性能测试

系统在某矿综采工作面的机电设备进行测试，该工作面有采煤机、可弯曲的刮板输送机、转载机和可伸缩皮带输送机。实测值是指用专用仪器测得的数据，数据结果表明系统电流误差《0.1A，检测值与实测值之间的误差主要是传感器本身的误差，满足使用要求。

5.结束语

采用ZigBee技术实现井下电流的监测，克服了有线网络的许多缺点。传感器节点具有体积小、功耗小等优点，方便井下安装，采用树簇状的网络增加了网络的覆盖度，有很强的推广价值和应用前景。

参考文献

[1] 张东，李长录，徐洋等.基于Zigbee技术的煤矿安全监测系统设计[J].煤矿安全2010，41（7）：77 -80.

[2] 杨 娟.低浓度瓦斯管道输送安全监控系统研究[J].《自动化与仪器仪表》，2011，155（3）：28-31.

[3] 彭芳， 王佳庆，施长浩.基于Zigbee 的冷库监控系统设计与实现[J]. 中国农机化学报，2013，34（9）：248-250.

[4] 李学哲，胡兴志，封孝辉等.基于Zigbee的煤矿巷道压力监测系统设计[J].工矿自动化，2014，40（4）：19-22.

[5] 朱延凯，李振璧，姜媛媛等.基于Zigbee无线传感器网络的井下电网漏电保护系统[J].工矿自动化，2014，40（5）：15-17.

[6] 薄英强， 欧阳名三，李业亮等.基于Zigbee的矿井水文信息监测系统[J].工矿自动化，2014，40（10）：84-87.

作者：魏德育 王国斌 史晓剑

电流变送器原理应用管理论文 篇2：

永煤集团矿区铁路涵洞防洪自动化的研究与应用

【摘 要】在铁路涵洞旁边设计集水井，并在集水井内安装排污泵，采用自动排水控制设备及时将涵洞内积水迅速排干。并利用移动4G网络将排水信息适时回传，在控制电脑上显示现场水位及控制情况，使排水监控人员能够一目了然地看清涵洞积水情况、现场排污泵运行情况及现场供电情况，发现某个涵洞排污泵未及时启动排污还可以远程干预启动。

【关键词】自动；远程；监控；干预

1 项目背景

永夏矿区位于豫东平原，黄淮流域，人口稠密，地下水位较高，且降雨较为频繁。为了提高运输效率，减少路外行车事故，铁运处将青永货运专用线17座人流、车辆通过量较大的无人看守道口改为立交涵洞，使列车运行与公路行人各行其道，互不干扰。此举有效降低了铁路运输路外事故率，保障了铁路运输的安全畅通，保护了铁路沿线人民群众的人身财产安全。但是，一旦下雨，立交涵洞下就会积水，区间线路涵洞离城区较远，下雨时人员无法及时赶赴现场将水及时排出，给铁路两侧群众通行带来不便和安全隐患。如何将涵洞中的积水及时排出并实现自动排水是本课题研究的重点和方向。

2 控制原理

涵洞旁边修筑集水井，涵洞底部和积水井连通，积水井深度低于涵洞，便于涵洞积水及时流入集水井内。积水井内安装排污泵，利用控制器自动控制排污泵启停，利用智能传输控制器将现场信息通过移动4G网络远程回传到电脑，通过电脑上的人机交互软件进行远程干预水泵启停，辅助现场自动控制（如图1所示）。

2.1 现场自动控制

利用水位探测器检测集水井水位，水位探测器分为高、中、低3个触点，3个触点依次相差200 mm左右（根据涵洞内积水情况调整）。低水位触点放置在集水井底部，做为公共线，高水位触点做为启动控制线，设置高度比涵洞底部低5～10 mm，保证涵洞内无积水，当集水井水位高于高水位触点时，启动水泵排水，即KM1接通，KM2接头，KA1线圈得电，启动水泵电机进行抽水。中间触点做为停止控制线，当集水井内水位低于中间触点时，水泵停止排水，以及KM2节点断开，KA1线圈失电，控制水泵电机电源的交流接触器KA1节点断开，水泵停止运行。电机启动触点和停止触点设置在不同高度，避免电机频繁启动，造成电机损坏。

为保证电机使用寿命，在电源缺项、电压偏低、电机空转时及时断开控制电机电源交流接触器，在控制箱内安装电机综合保护器。ST为综合保护器启动按钮，当ST按下时，KM3中间继电器线圈得电，KM3常开节点闭合，实现电机综合保护器自锁。当供电电源发生异常时，电机综合保护器内部节点STP断开，KM3继电器线圈失电，KM3节点断开，使KA1交流接触器线圈失电，进而断开电机电源，实现对电机的保护（如图2所示）。

2.2 远程人工干预

远程人工水位干预启动的水位探测器采用浮球式水位探测器。布置位置处于比自动启动水位高5～10 cm的高度。当水位超过启动水位但电机没有自动启动，即现场自动控制系统出现异常时，浮球水位探测器将采集的水位信息传递给远程智能控制器，远程智能控制器将水位信息转化成数字信号通过移动无线网络传送到远程控制电脑上，远程控制软件显示水位超限信息，提示操作人员进行远程启动电机进行排水。此种设计避免了远程启动影响现场自动控制系统。

为了远程掌握现场供电情况，现场利用电压、电流变送器采集现场市电供电信息，将电压、电流信号转换成4～20 mA的电信号传递给远程智能控制器，远程智能控制器将接收到的电信通过移动无线4G网络传输到服务器，服务器再将信号通过Internet广域网传输到PC控制终端。

为了避免停电时远程智能控制器无法将现场供电信息、水位信息进行远程传输，现场安装UPS电源，在现场市电供电正常时，由市电给远程智能控制器供电，在市电停电时，自动转换为UPS给远程智能控制器供电，保证在市电停电时远程智能控制器正常供电，保证现场市电供电情况及集水井水位信息能实时远程传输，维护人员能通过PC终端掌握现场情况（如图3所示）。

当积水井内水位高于控制位时，浮球开关浮起接点接通，电脑软件显示水位超线，监控人员发现后远程启动排污泵。当积水井内积水低于控制位时，浮球自然下垂，接点断开，远程电脑显示水位不超线，人员远程停止排污泵运行（如图4所示）。

3 设备选型及应用

3.1 排污泵的选择

目前，青永铁路专用线各涵洞排水集水井深度最深不超过6 m，储水量在60 m3左右，并且距接电点的距离远的有1 km，因此排污泵选择两种型号，分别为JpWQ-50-10-1600-3与80JpWQ-25-10-1600-1.5，功率分别为3 kW与1.5 kW，排水量分别为50 m3/h和25 m3/h。经现场使用效果良好。

3.2 水位控制器

水位控制器选用全电子感应式全自动水位控制器，超强防雷功能，内置30 A继电器，引3根信号线至集水井内，配有不锈钢探头，并有手动开关，具有临时开关功能。

3.3 远程智能控制器

本系统所采用的S6201G智能控制器是广州巨诚公司生产的S6200系列工业级报警主机，系统架构先进，可靠性、稳定性较高。主机内部已集成了停电、复电、动力电等检测模块，还集成了无线上网模块、无线探测器信号接收模块及自动控制模块，只需一台主机就可以独立工作。

3.4 电压变送器

选用型号为HK-ID4-0.5，采集现场电压，变换为4～20 mA电流，输出至智能控制器，作為现场电压模拟量送到监控软件。

3.5 电流变送器

将排污泵三相电源中的一相从电流变送器孔中穿过，排污泵动作电流将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4～20 mA恒流环标准信号，连续输送到智能控制器，作为排污泵模拟量送到监控软件。

3.6 UPS电源

采用深圳崛起科技有限公司生产的睿斯ups电池，向智能控制器供电，以确保在市电停电后将现场信息适时传回监控软件。

3.7 电机综合保护器

该部件在本系统中的作用是在市电出现缺项、过流时起到保护排污泵电机的作用。

3.8 监控软件

本软件采用广州巨控电子科技有限公司推出的巨控组态软件通用版编程。能查看现场的实时数据。巨控组态软件能读取远程智能控制器的内部状态和信息，并将这些信息以非常直观的图形化的形式显示出来，使得对系统的运行情况一目了然。必要时可通过原件干预现场水泵启停。通过点击、拖动键盘或者在屏幕上的虚拟键盘，巨控组态软件可以通过将数据写入PLC等设备来执行需要的动作（如图5所示）。

4 现场施工注意事项

由于铁路涵洞位于乡间公路，过往车辆会将部分泥沙、秸秆带到涵洞内，进而流到积水井内。所以排污泵不能直接放在集水井底部，要放置在隔於台上，另外在水泵外要加装阻污箱，防止秸秆进入水泵，影响水泵正常工作。

控制箱内既有交流380 V强电，也有4～20 mA的弱电，而且安装在青永铁路30 km沿线上。因此对配电箱的防雨特性及防电磁干扰的特性要求较高。并且每个涵洞排水点配置接地电阻不大于4 Ω的接地与配电箱连接，既起到防触电的作用，也起到屏蔽外界电磁干扰的作用。

5 结论

项目实施后，自动排水效果非常明显。经多次观察，2017年多次下雨，安装了自动排水装置的涵洞内，均无积水。既方便了涵洞两侧群众的来往通过，也改变了以往雨后铁运处安排的到远处安装水泵排水的车辆的奔波。如果自动排水功能失效，通过远程控制干预，可以顺利地实现按下按钮就可以远程启动水泵的效果。

自动控制、远程控制是设备控制方式的发展方向，不仅能实现对设备的快速控制，还能实现减少人员、降低劳动强度的目的。本项目的实施实现了偏远车站设备远程控制的目的，有很大的推广应用价值。

参 考 文 献

[1]李养胜.电力设备远程控制方法探析[J].管理自动化，2015（6）.

[2]高国庆.矿山机电设备远程控制技术的应用研究分析[J].能源技术，2014（12）.

[3]邬春明.电力設备远程无线监控系统设计与研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

[责任编辑：陈泽琦]

作者：刘治峰

电流变送器原理应用管理论文 篇3：

基于ＸＴＲ１０５的低成本两线制通用压力变送器设计方案

摘要：文章介绍了一种基于XTR105芯片的两线制压力变送器设计制造方案，它具有硬件电路简单、可靠性高、配置灵活、通用性强的特点，有突出的性价比优势，可广泛应用于对水、油、气等介质的压力测量。目前，该产品已成功安装在三峡工程84拌和系统氨冷车间的XKT5-B系列电气控制箱中，实现了对氨气压力的自动化测量与控制，确保了出厂混凝土的温控质量。

关键词：压力变送器；两线制；电流变送器；测力传感器；桥传感器

一、方案设计背景

举世瞩目的三峡工程已经进入到了尾期工程阶段，地下电站及送出工程和升船机的浇筑等高强度的施工作业都对拌和系统出厂的混凝土的质量提出了较高的要求。为了保证84拌和系统混凝土生产线的高质量稳定运行，保证出厂混凝土的质量，确保工程建设顺利进行，中国长江三峡工程开发总公司工程管理部委托宜昌市计量检定测试所对84拌和系统生产线上的计量仪器仪表进行检定检测。部分不合格的压力变送器由于年代久且长时间处于氨环境铭牌被腐蚀，无法识别型号联系原厂更换。为了不影响生产，本着经济合理的原则，我们决定就近联合某电气公司重新进行设计制造。笔者作为拌和系统计量检定工作主要负责人，有幸参与了该方案的设计开发工作。

随着电子电路的快速发展，压力变送器从分离元件发展到集成电路，从四线制发展到两线制。目前，使用单位对性能、成本、通用性又提出了较高的要求。对此笔者提出采用单芯片XTR105替代原产品所用的XTR101复杂芯片，通过巧妙设计、灵活改变外围电路的方法来满足高性能、低成本、通用性的市场需求。以下将以对84拌和系统氨冷车间XKT5-B系列电气控制箱中的压力变送器的改造设计为例，阐述一种基于XTR105芯片的两线制压力变送器的设计制造方法和实现方案。

二、XTR105芯片原理

XTR105精密电流变送器，可把传感器的电压信号自动地变换成标准电流信号。内含一个高精度的仪表放大器、一个电压/电流变换器和二个相同的0.8mA精密恒流源基准。该电路失调电压低，最大为50μV，漂移小，最大为0.4μV/℃，外接元件可适于远程信号传输变换和热电偶、电阻温度计（RTD）、热敏电阻以及应变计电桥等多种工作状态的变送器电路。实际应用时，应在输出端外加一个功率管，使工作时的热源外移，以保证其工作稳定性。

XTR105引脚图如图1所示。传感器的电压信号由13、2脚输入，3、4脚外接电阻RS可以调节输出满幅值，1、14脚分别输出二个0.8mA恒流源，可用于传感器供电，10脚接电源正端（且是环流注入端），7脚通过负载电阻RL接电源负端（也是环流信号输出端），8、9可外接功率管。

XTR105两线制变送器的优点是抗干扰能力很强，长期运转导致的压降、电机噪音、继电器、电力拖动装置、电器开关、电流互感器和工作设备电源的频繁切换启动均无影响。它的工作温度范围宽，为-40℃～+85℃。

因此，XTR105常常作为OEM产品被变送器或数据采集系统制造者所选用。

三、通用压力变送器

测力传感器常常采用由四个应变电阻组成的惠斯通电桥进行测量。桥臂电阻阻值在外力作用下发生与外力成线性比例的阻值变化。通过将阻值变化调理为电流变化，便实现了力的机械量到电学量的转化。有了电学量也就能实现自动化的监测功能了。

通常采用的传感器有陶瓷电阻、扩散硅等。由于XTR105能提供给应变电桥的激励源的电压、电流都不可能很大，桥传感器内阻不同外围电路也不同。如下图2所示，该图给出了XTR105外接桥式压力传感器的基本电路。基本电路的电源1、14，调节电阻RG和RCM都需要根据具体电路计算后在选购不同的元件进行制作生产。因此，这种电路结构不具备通用性。

为满足通用性、低成本、高精度、高稳定性的要求。笔者结合XTR105芯片的特点设计了通用变送器图，如图3所示。该图R6为传感器接口可以接入多种力传感器。通过外围跳线JP1、JP2、JP3、JP4、JP5、JP6可实现多种组合。该电路以XTR105为核心，外围器件少，制作生产成本低，而且XTR105本身具备高稳定性因而保证了其压力变送器成品的品质。具体外围组合表如下：

四、XTR105压力变送器试验

笔者采用扩散硅0-1.0Mpa传感器一只，二等活塞压力计（0.1-6Mpa）一台，XTR105成型电路板一套，精度等级0.02级直流电流表一只，DC24V直流稳压源（±1%FS）一块。根据图3和组合表1连接好电路，将扩散硅传感器垂直安装到二等活塞压力计上，在电源回路串入电流表并接通DC24V电源。在温度为20℃湿度为65%的环境条件下测量数据见表2：

由上表分析，由XTR105制作的压力变送器精度达0.2级，符合84拌和系统氨冷车间XKT5-B系列电气控制箱中所需高精度仪表的要求。

五、结语

笔者通过充分利用XTR105芯片电流变送器的特点，巧妙组合使其成为一款成本低廉的通用型压力变送器。现在，84拌和系统在三峡工程建设中正发挥着重大作用，而其中氨冷车间的XKT5-B系列电气控制箱中所安装使用的此款压力变送器，运行稳定，实现了对氨气压力的自动化测量与控制，确保了出厂混凝土的温控质量，为高质高效建设三峡工程提供了技术保证。

参考文献

[1]1997 Burr-Brown Corporation XTR 105．

[2]颜重光．XTR101通用变送器[M]．电子工业出版社，2006.

[3]杜水友．压力测量技术及仪表[M]．机械工业出版社，2005.

[4]任致程．传感器变送器智能数显控制器应用手册[M]．中国电力，2007．

[5]JJG882-2004压力变送器．国家质检总局，2004．

作者：罗天祥　黄　敏