一种基于高压室异常气体检测预警系统及检测预警方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103424514 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103424514 A *CN103424514A* (21)申请号 201310329756.6 (22)申请日 2013.07.31 G01N 33/00(2006.01) (71)申请人 鞍钢集团矿业公司 地址 114001 辽宁省鞍山市铁东区二一九路 39 号 (72)发明人 吕钢 (74)专利代理机构 鞍山贝尔专利代理有限公司 21223 代理人 颜伟 (54) 发明名称 一种基于高压室异常气体检测预警系统及检 测预警方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于高压室异常气体检测预 警系统及

2、检测预警方法， 由微型处理器， 分别与此 微型处理器相连接的 I/O 接口、 液晶显示屏、 键 盘、 模数转换器， 依次与此模数转换器相连接的采 样保持及多路通道切换开关、 流压转换电路、 HCL 气体传感器、 SO2气体传感器、 CO气体传感器、 臭氧 气体传感器所组成。预警方法的控制程序采用两 个定时中断， 用于程序各分支控制的软件主程序， 用于数据采集控制的定时中断0。 优点是 ： 通过多 通道切换依次采集多路信号， 将模拟量信号转换 为计算机识别的数字信号， 并与事先设定的范围 比较， 若超出了范围即可报警， 达到提前预警的目 的， 同时配备大屏幕液晶人机界面， 用户操作方便 灵活。

3、(51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103424514 A CN 103424514 A *CN103424514A* 1/2 页 2 1. 一种基于高压室异常气体检测预警系统， 其特征在于由微型处理器， 分别与此微型 处理器相连接的 I/O 接口、 液晶显示屏、 键盘、 模数转换器， 与此模数转换器相连接的采样 保持及多路通道切换开关， 与此采样保持及多路通道切换开关相连接的流压转换电路， 分 别与此流压转换电路相连接的 HCL 气

4、体传感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感器、 臭氧气体 传感器所组成。 2. 根据权利要求 1 所述的一种基于高压室异常气体检测预警系统， 其特征在于所述的 微型处理器为 8 位单片机 W77E58 作为核心 CPU。 3. 根据权利要求 1 所述的一种基于高压室异常气体检测预警系统， 其特征在于所述的 液晶显示屏为大屏幕汉字显示液晶屏， 所述的键盘为 74LS138 译码器键盘。 4. 根据权利要求 1 所述的一种基于高压室异常气体检测预警系统， 其特征在于所述的 I/O 接口为 RS485I/O 接口， 所述的流压转换电路将 020mA 的电流信号转换为 0-5V 的 电压信号。 5

5、. 根据权利要求 1 所述的一种基于高压室异常气体检测预警系统， 其特征在于所述的 模数转换器为快速 12bit A/D 转换器。 6. 一种根据权利要求 1 所述的一种基于高压室异常气体检测预警方法， 其特征在于预 警方法的控制程序采用两个定时中断， 用于程序各分支控制的软件主程序， 用于数据采集 控制的定时中断 0， 然后进行故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算， 判断实 时数据是否超过设定的上限， 如果超过此上限值， 微处理器做出报警判断进行报警， 并在液 晶屏上相应的位置显示出来， 所述的软件主程序的控制过程为 ： 程序初始化， 读设定值， 控制程序分支计数器即 TCOU

6、NT 进行计数， TCOUNT= ？ 当 TCOUNT=0 时， 通过 74LS138 译码器键盘通道选通， 判断 KK1KK8 有无指令， 当 TCOUNT=1 时， 控制程序控制程序对数据进行处理， 当 TCOUNT=2 时， 实时检测数据， 当 TCOUNT=3 时， 进行预警判断处理， 然后将控制程序分支计数器即 TCOUNT= TCOUNT+1， 判断 TCOUNT 是否大于 3， 如果 TCOUNT 不大于 3， 则返回程序分支控制， 如果 TCOUNT 大于 3， 则使 TCOUNT=0， 返回程序分支控制， 所述的定时中断 0 控制数据采样 , 通过 74LS138 译码器键盘

7、选通 A/D 转换器， 并给其 一个启动转换信号， 然后 A/D 转换器进行模数转换， 当转换完结时， 从 EOC 口发出一个低电 平给微处理器的外部中断0口， 微处理器重新选通A/D转换器读取数据， 通过运算存入数据 存储器中， 控制过程为 ： 进堆栈保护， 中断程序分支控制， 分支计数器即 TCOUNT_INT=? 当 TCOUNT_INT =0 时， 进行 HCl 气体采样， 当 TCOUNT_INT =1 时， 进行 SO2气体采样， 当 TCOUNT_INT =2 时， 进行 CO 气体采样， 权 利 要 求 书 CN 103424514 A 2 2/2 页 3 当 TCOUNT_I

8、NT =3 时， 进行臭氧气体采样， 然后将控制程序分支计数器即TCOUNT_INT = TCOUNT_INT +1， 判断TCOUNT_INT是否大 于 3， 如果 TCOUNT_INT 不大于 3， 则返回中断程序分支控制， 如果 TCOUNT_INT 大于 3， 则使 TCOUNT_INT =0， 返回中断程序分支控制， 故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算， 判断实时数据是否超过设定的上限， 如果超过此值， 微处理器做出相应的判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显示出 来， 软件主程序用于控制程序各分支， 定时中断 0 用于控制数据采集， 以保证数据采集的 实时性， 软

9、件主程序控制程序分支计数器 (TCOUNT) 进行计数 ： 为 0 时， 通过 74LS138 译码器键 盘通道选通， 判断 KK1KK8 有无指令 （低电平为有指令） ； 1 时， 对数据进行处理 ； 2 时， 实时检 测数据 ； 3 时， 进行预警判断处理， 定时中断0控制数据采样 ： 通过74LS138译码器选通A/D转换器， 并给其一个启动转换 信号， 然后 A/D 转换器进行模数转换， 当转换完结时， 从 EOC 口发出一个低电平给微处理器 的外部中断 0 口， 微处理器重新选通 A/D 转换器读取数据， 通过运算存入数据存储器中， 数据采样通过模拟多路开关切换分别对 HCL 气体传

10、感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感 器、 臭氧气体传感器输出的信号进行采样， 转换成实际的测量值， 供装置进行预判断处理， 故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算， 判断实时数据是否超过设定的上限， 如果超过此值， 微处理器做出相应的判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显示出 来。 权 利 要 求 书 CN 103424514 A 3 1/5 页 4 一种基于高压室异常气体检测预警系统及检测预警方法 技术领域 0001 本发明涉及变电所技术领域， 特别是一种基于高压室异常气体检测预警系统及检 测预警方法。 背景技术 0002 变电所在长时间运行过程中会出现各种各样的问题，

11、 其中一个问题就是会产生许 多异味气体， 这些异味气体的出现说明变电所的运行已经不正常了。 在长期的生产实际中， 已经发现， 变电所主要有四类异味气体 ： 电力电缆燃烧、 绝缘板燃烧、 动物烧焦、 拉弧放电产 生的气体。 0003 电力电缆主要含硫和氯， 如果燃烧了， 主要燃烧气体的成分是 HCl ； 动物烧焦的成分有碳氢化合物、 硫化物等， 主要是 SO2； 绝缘板不完全燃烧主要燃烧气体的成分是 CO ； 电力放电拉弧主要是空气电离， 所产生的气体臭氧。 0004 为了保障变电所的正常运行， 必须针对上述变电所主要异味气体， 采用综合异味 接收装置， 该装置应该可以分别检测 HCl 、 SO

12、2、 CO、 臭氧气体， 并且在变电所室内按照一定 的平面面积内 （例如每15平方米） 放置一组综合异味接收装置， 组成多通道气体检测预警系 统。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种基于高压室异常气体检测预警系统， 适用于变电所或 其它电气室等装有电气元件的场所， 装置能够对现场散发的异常气味进行监测， 分辩率应 该为 0.1ppM， 解决供电系统在遇到异常情况时 （如设备故障放电、 鼠害引起的放电等） 发出 的异常气体的提前预警。 0006 本发明的另外一个目的在于提供一种基于高压室异常气体检测预警方法。 0007 本发明的目的是通过下述技术方案来实现的 ： 本发明的一种基于高压室

13、异常气体检测预警系统， 其特征在于由微型处理器， 分别与 此微型处理器相连接的 I/O 接口、 液晶显示屏及、 键盘、 模数转换器， 与此模数转换器相连 接的采样保持及多路通道切换开关， 与此采样保持及多路通道切换开关相连接的流压转换 电路， 分别与此流压转换电路相连接的 HCl 气体传感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感器、 臭 氧气体传感器所组成。 0008 所述的微型处理器为 8 位单片机 W77E58 作为核心 CPU。 0009 所述的液晶显示屏为大屏幕汉字显示液晶屏， 所述的键盘为 74LS138 译码器键 盘。 0010 所述的I/O接口为RS485I/O接口， 所述的流压

14、转换电路将020mA的电流信号 转换为 0-5V 的电压信号。 0011 所述的模数转换器为快速 12bit A/D 转换器。 说 明 书 CN 103424514 A 4 2/5 页 5 0012 一种基于高压室异常气体检测预警方法， 其特征在于预警方法的控制程序采用软 件主程序加定时中断， 用于程序各分支控制过程及数据采集控制的定时中断 0， 然后进行故 障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算， 判断实时数据是否超过设定的上限， 如 果超过此上限值， 微处理器做出报警判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显示出来， 所述软件主程序控制过程为 ： 程序初始化， 读设定值， 控制程序

15、分支计数器即 TCOUNT 进行计数， TCOUNT= ？ 当 TCOUNT=0 时， 通过 74LS138 译码器键盘通道选通， 判断 KK1KK8（键盘） 有指令， 当 TCOUNT=1 时， 控制程序控制程序对数据进行处理， 当 TCOUNT=2 时， 实时检测数据， 当 TCOUNT=3 时， 进行预警判断处理， 然后将控制程序分支计数器即 TCOUNT= TCOUNT+1， 判断 TCOUNT 是否大于 3， 如果 TCOUNT 不大于 3， 则返回程序分支控制， 如果 TCOUNT 大于 3， 则使 TCOUNT=0， 返回程序分支控制， 所述的定时中断 0 控制数据采样 , 通过

16、 74LS138 译码器键盘选通 A/D 转换器， 并给其 一个启动转换信号， 然后 A/D 转换器进行模数转换， 当转换完结时， 从 EOC 口发出一个低电 平给微处理器的外部中断0口， 微处理器重新选通A/D转换器读取数据， 通过运算存入数据 存储器中 , 控制过程为 ： 进堆栈保护， 中断程序分支控制， 分支计数器即 TCOUNT_INT=? 当 TCOUNT_INT =0 时， 进行 HCl 气体采样， 当 TCOUNT_INT =1 时， 进行 SO2气体采样， 当 TCOUNT_INT =2 时， 进行 CO 气体采样， 当 TCOUNT_INT =3 时， 进行臭氧气体采样， 然

17、后将控制程序分支计数器即TCOUNT_INT = TCOUNT_INT +1， 判断TCOUNT_INT是否大 于 3， 如果 TCOUNT_INT 不大于 3， 则返回中断程序分支控制， 如果 TCOUNT_INT 大于 3， 则使 TCOUNT_INT =0， 返回中断程序分支控制。 0013 故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算。判断实时数据是否超过设 定的上限。 如果超过此值， 微处理器做出相应的判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显 示出来。 0014 控制程序采用 C51 语言及汇编语言混合编程形式， 程序各分支为并列运行方式， 程序易读， 代码效率高。 0015

18、软件主程序用于控制程序各分支， 定时中断 0 用于控制数据采集， 以保证数据采 集的实时性。 0016 软件主程序控制程序分支计数器 (TCOUNT) 进行计数 ： 为 0 时， 通过 74LS138 译码 器键盘通道选通， 判断 KK1KK8 有无指令 （低电平为有指令） ； 1 时， 对数据进行处理 ； 2 时， 实 时检测数据 ； 3 时， 进行预警判断处理。 说 明 书 CN 103424514 A 5 3/5 页 6 0017 定时中断 0 控制数据采样 ： 通过 74LS138 译码器选通 A/D 转换器， 并给其一个启 动转换信号， 然后 A/D 转换器进行模数转换， 当转换完结

19、时， 从 EOC 口发出一个低电平给微 处理器的外部中断0口， 微处理器重新选通A/D转换器读取数据， 通过运算存入数据存储器 中。数据采样通过模拟多路开关切换分别对 HCL 气体传感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感 器、 臭氧气体传感器输出的信号进行采样， 转换成实际的测量值， 供装置进行预判断处理。 0018 故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算。判断实时数据是否超过设 定的上限。 如果超过此值， 微处理器做出相应的判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显 示出来。 0019 本发明的一种基于高压室异常气体检测预警系统分别检测四类异味气体， 电力电 缆燃烧、 绝缘板燃

20、烧、 动物烧焦、 拉弧放电产生的 HCL 、 SO2、 CO、 臭氧气体的浓度， 将浓度转 换为 0-20ma 标准信号， 分辩率为 0.1ppM。 0020 在变电所室内平均 10-20 平方米面积内放置一组综合异味接收装置， 组成多通道 气体检测预警系统。适用于变电所或其它电气室等装有电气元件的场所， 装置能够对现场 散发的异常气味进行监测， 解决供电系统在遇到异常情况时 （如设备故障放电、 鼠害引起的 放电等） 发出的异常气体的提前预警。它为值班人员赢得的处理事故的时间， 将事故消灭在 萌芽状态， 防止事态的扩大化， 避免一定的经济损失。 解决了供电系统由于没有传感监测设 备， 无法在第

21、一时间发现问题， 从而延误了处置时间。 采用了设置多通道各种气体浓度报警 上限， 并对其进行监视， 超过此值时进行越限报警。 其具有数据采集， 检测量数字显示， 曲线 显示等功能。 0021 本发明的特点是 ： 每个回路可单独设置上下限， 当检测值超过此值时报警。 本装置 有 “检测量数字显示” ， 可以实时的显示每个回路采集的数据等 ； 系统具有日期， 时钟显示， 用户可对其进行实时修正 ； 本装置配有 RS485 接口， 按标准通讯规约可将采集信息传至 上位机， 供系统集中监控。 0022 按照本发明的的工作过程 ： 多种异味接收器将采集的模拟信号传送给采样保持器， 进行信号保持和调理。

22、0023 经过调理的信号经过多路通道切换开关送到模 / 数转换器 （12bit） 进行模数转 换， 把模拟信号转换为微处理器能够识别的数字信号。 0024 转换过来的数字信号通过微处理器 （W77E58） 放到数据存储器中存储。 0025 液晶显示控制器把存储器中的实时的数据显示出来。 0026 数据也可以通过 RS485I/O 接口传至上位机， 供系统集中监控用。 0027 通过键盘 74LS573 对微处理器进行控制。 0028 超出报警上限时， 通过输入输出 I/O 接口进行预警。 0029 本发明的优点是 ： 通过多路通道切换开关依次采集多路信号， 将模拟量信号转换 为计算机识别的数字

23、信号， 并与事先设定的范围比较， 若超出了范围即可报警， 达到提前预 警的目的， 同时配备大屏幕液晶人机界面， 用户操作方便灵活。 附图说明 0030 图 1 为本发明的硬件结构框图。 0031 图 2 为本发明的软件主程序框图。 说 明 书 CN 103424514 A 6 4/5 页 7 0032 图 3 为本发明的软件中断 0 流程图。 具体实施方式 0033 下面结合附图所给出的实施例进一步说明本发明的具体实施方式。 0034 如图 1 所示， 本发明的一种基于高压室异常气体检测预警系统， 其特征在于由微 型处理器， 分别与此微型处理器相连接的 I/O 接口、 液晶显示屏及、 键盘、

24、模数转换器， 与此 模数转换器相连接的采样保持及多路通道切换开关， 与此采样保持及多路通道切换开关相 连接的流压转换电路， 分别与此流压转换电路相连接的HCl气体传感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感器、 臭氧气体传感器所组成。在本实施例中多路通道切换开关是四路通道切换开 关， 也可以根据需要采用四路以上的多路通道切换开关。HCL 气体传感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感器、 臭氧气体传感器组成多种异味接收器。 0035 所述的微型处理器为 8 位单片机， W77E58 作为核心 CPU。 0036 所述的液晶显示屏为大屏幕汉字显示液晶屏， 所述的键盘为 74LS138 译码器键

25、 盘。 0037 所述的I/O接口为RS485I/O接口， 所述的流压转换电路将020mA的电流信号 转换为 0-5V 的电压信号。 0038 所述的模数转换器为 12bit 模 / 数转换器。 0039 本发明的一种基于高压室异常气体检测预警方法， 其特征在于预警方法的控制程 序采用软件主程序加定时中断， 用于程序各分支控制过程及数据采集控制的定时中断 0， 然 后进行故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算， 判断实时数据是否超过设定 的上限， 如果超过此上限值， 微处理器做出报警判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显 示出来， 所述的软件主程序的控制过程为 ： 程序初始化，

26、读设定值， 控制程序分支计数器即 TCOUNT 进行计数， TCOUNT= ？ 当 TCOUNT=0 时， 通过 74LS138 译码器键盘通道选通， 判断 KK1 KK8 有指令， 当 TCOUNT=1 时， 控制程序控制程序对数据进行处理， 当 TCOUNT=2 时， 实时检测数据， 当 TCOUNT=3 时， 进行预警判断处理， 然后将控制程序分支计数器即 TCOUNT= TCOUNT+1， 判断 TCOUNT 是否大于 3， 如果 TCOUNT 不大于 3， 则返回程序分支控制， 如果 TCOUNT 大于 3， 则使 TCOUNT=0， 返回程序分支控制。 0040 所述的定时中断 0

27、 控制数据采样 , 通过 74LS138 译码器键盘选通 A/D 转换器， 并 给其一个启动转换信号， 然后 A/D 转换器进行模数转换， 当转换完结时， 从 EOC 口发出一个 低电平给微处理器的外部中断0口， 微处理器重新选通A/D转换器读取数据， 通过运算存入 数据存储器中。 0041 控制过程为 ： 进堆栈保护， 说 明 书 CN 103424514 A 7 5/5 页 8 中断程序分支控制， 分支计数器即 TCOUNT_INT=? 当 TCOUNT_INT =0 时， 进行 HCL 气体采样， 当 TCOUNT_INT =1 时， 进行 SO2 气体采样， 当 TCOUNT_INT

28、=2 时， 进行 CO 气体采样， 当 TCOUNT_INT =3 时， 进行臭氧气体采样， 然后将控制程序分支计数器即TCOUNT_INT = TCOUNT_INT +1， 判断TCOUNT_INT是否大 于， 如果 TCOUNT_INT 不大于 3， 则返回中断程序分支控制， 如果 TCOUNT_INT 大于 3， 则使 TCOUNT_INT =0， 返回中断程序分支控制。 0042 故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算。判断实时数据是否超过设 定的上限。 如果超过此值， 微处理器做出相应的判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显 示出来。 0043 控制程序采用 C51 语

29、言及汇编语言混合编程形式， 程序各分支为并列运行方式， 程序易读， 代码效率高。 0044 软件主程序用于控制程序各分支， 定时中断 0 用于控制数据采集， 以保证数据采 集的实时性。 0045 软件主程序控制程序分支计数器 (TCOUNT) 进行计数 ： 为 0 时， 通过 74LS138 译码 器键盘通道选通， 判断 KK1KK8 有无指令 （低电平为有指令） ； 1 时， 对数据进行处理 ； 2 时， 实 时检测数据 ； 3 时， 进行预警判断处理。 0046 定时中断 0 控制数据采样 ： 通过 74LS138 译码器选通 A/D 转换器， 并给其一个启 动转换信号， 然后 A/D 转

30、换器进行模数转换， 当转换完结时， 从 EOC 口发出一个低电平给微 处理器的外部中断0口， 微处理器重新选通A/D转换器读取数据， 通过运算存入数据存储器 中。数据采样通过模拟多路开关切换分别对 HCL 气体传感器、 SO2气体传感器、 CO 气体传感 器、 臭氧气体传感器输出的信号进行采样， 转换成实际的测量值， 供装置进行预判断处理。 0047 故障判断处理 ： 微处理器通过采集来的数据进行运算。判断实时数据是否超过设 定的上限。 如果超过此值， 微处理器做出相应的判断进行报警， 并在液晶屏上相应的位置显 示出来。 0048 本发明的变电所高压室异味气体预警装置分别检测四类异味气体， 电

31、力电缆燃 烧、 绝缘板燃烧、 动物烧焦、 拉弧放电产生的 HCl 、 SO2、 CO、 臭氧气体的浓度， 将浓度转换为 0-20ma 标准信号， 分辩率为 0.1ppM。 0049 本发明的优点是 ： 通过多通道切换依次采集多路信号， 将模拟量信号转换为计算 机识别的数字信号， 并与事先设定的范围比较， 若超出了范围即可报警， 达到提前预警的目 的， 同时配备大屏幕液晶人机界面， 用户操作方便灵活。 说 明 书 CN 103424514 A 8 1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103424514 A 9 2/3 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103424514 A 10 3/3 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 103424514 A 11