Motoren er den viktigste drivkilden i industriell produksjonsfelt. Slik overvåker du motorens løpende tilstand, beskytter motorkretsen, forbedrer motorens kjøretid, reduserer motorfeilen, og er kritisk for driften av anleggets overordnede grid.
Det finnes mange typer motorbeskyttelsesanordninger. I dag er det mer vanlig basert på metallplate mekaniske termiske reléer. Den har en enkel struktur og har inverse tidskarakteristikker for å beskytte motorenes overbelastning. Det har imidlertid færre beskyttelsesfunksjoner, ingen fasebeskyttelse, og kan ikke beskytte motoren mot dårlig ventilasjon, brooming, stalling, langvarig overbelastning, hyppig oppstart, etc. I tillegg har termisk relé også feil som f.eks. dårlig repeterbarhet, stor strømoverbelastning eller kortslutningsfeil, kan ikke brukes igjen, stor justeringsfeil, lett å påvirkes av miljøtemperatur, feilbevegelse eller avslag, stort strømforbruk, forbruksvarer og dårlige ytelsesindikatorer.
Som svar på nasjonale energibesparelser og utslippsreduksjonskrav har bruken av mikrokontrollerbaserte elektroniske motorbeskyttere som erstatter eksisterende termiske reléer et bredt marked. STM32-serien ARM-brikken med integrerte rike periferiutstyr er utformet som kjernen intelligent motorbeskytter, som har fordelene ved rask respons, mindre ekstra chips, enkel produksjonsfeil, høy produksjon og sosiale fordeler.
1 intelligent beskytterfunksjon og maskinvarearkitektur
De viktigste feilene i motoroperasjonen inkluderer: starttidsavbrudd, overbelastning, stall, fasetap, ubalanse, overoppheting, underbelastning, overspenning, underspenning osv. Derfor må den smarte beskyttelsen overvåke driftsspenningen, driftsstrømmen og chassitemperaturen til motoren .
På samme tid, på grunn av de forskjellige typer, kapasiteter og lasttyper på motoren, er også parametrene for motorvernet forskjellige, så det er nødvendig å kunne sette beskyttelsesparametrene for forskjellige motorer.
Videre, for å aktivere intelligente beskyttelsesreléer for å tilfredsstille behovene til det for tiden populære Intelligent Motor Control Center (IMCC), må intelligente motorvernere også ha nettverkskommunikasjonsfunksjoner.
Figur 1 er et blokkskjema over maskinvarekonstruksjonen til den intelligente motorbeskytteren.
2 systemhardware design
2,1 MCU
MCU er kjernedelen av motorbeskytteren og er ansvarlig for datainnsamling, databehandling, utgangskontroll og parameterinnstilling. Her er STs nyeste STM32F103xD-serie ARM-chip.
Denne serien av chips bruker ARMs 32-biters C0rtex M3 som kjernen, og den høyeste frekvensen er 72MHz. Cortex-kjernen har en maskinvaremultiplikasjon og delingsenhet med en syklus, slik at den passer for høyhastighets databehandling.
Chipen har tre uavhengige konverteringstimer, minst 1s høyhastighets analog-til-digital-omformer og tre uavhengige digital-til-analog-omformere med separate prøve-og-hold-kretser, slik at den er spesielt egnet for trefasemotor kontroll, gridovervåking og multi-parameter instrumenter. Bruk av utstyr.
Brikken kommer også med en rik kommunikasjonsenhet, inkludert opptil fem asynkrone serielle grensesnitt, en USB slaveenhet, en CAN-enhet, I2C og SPI-moduler.
2.2 Analog oppkjøpsenhet
Motorbeskyttelsen må i hovedsak samle tre analoge mengder strøm, spenning og temperatur for å overvåke og beskytte motorens kjørestatus.
Det finnes mange typer strøm sensorer, inkludert kjerne strøm transformatorer, Hall sensorer, og shunt motstander. Motoren som er koblet til motorbeskytteren har i hovedsak en motor med flere kilowatt til flere titalls kilowatt, så motorens fasestrøm er hovedsakelig fra flere ampere til flere titalls ampere. Derfor benyttes den nåværende transformatoren som dagens innsamlingsenhet, som har fordelene ved bredt måleområde, liten varmeproduksjon og høy isolasjonsspenning. Samtidig kan den nåværende sensoren med forskjellige forhold uten å endre parametrene for prosesseringskretsen enkelt endre motorens beskyttelsesområde, slik at det kan brukes til større kapasitetsbeskyttelse.
Spenningen er oppnådd direkte av motstandsdeler, så hele motorstyreren er et felles system. Motstanden bruker en høyimpedans og høyspennings-motstand. For å forbedre overspenningsevnen til spenningsoppkjøpskretsen, bruker spenningsdelerkretsen en flermotorserie for å redusere nominelt spenningsfall over hver motstand og forbedre hele grenen. Den høyeste tåle spenningen.
Temperaturføleren bruker en vanlig platinmotstandssensor eller NTC-termistor, og den tilsvarende termisk motstandssignalkondisjoneringskretsen er utformet på beskyttelsesmaskinen. Siden den termiske motstanden er en ikke-lineær enhet, må temperaturoppkjølingsbehandlingskanalen behandles ikke-lineært. For å redusere kompleksiteten til maskinvarekretsen, er den faktiske RTD-kondisjoneringsenheten kun designet for å bruke en instrumentasjonsforsterker, og den ikke-lineære behandlingen av RTD utføres av MCU. bære ut. Det er også en halvleder temperatursensor innebygd i MCU-brikken for å oppdage temperaturen inne i beskytteren for å forhindre kontrollfeil på grunn av overoppheting av systemet.
2.3 LCD-skjerm
For en frittstående motorbeskytter er det nødvendig å kunne sette beskyttelsesparametrene, vise gjeldende driftsstatus, og også vise feiltypen når det oppstår en feil. Derfor krever motorbeskyttelsen en displayenhet.
Systemdesignet vedtar dot matrix STN svart og hvit flytende krystalldisplay (LCD) -modul. Sammenlignet med TFT-fargeskjermmodulen, har den fordelene ved bredt temperaturområde, lang levetid og lesbarhet under sterkt lys.
Den innebygde kontrolleren til LCD-modulen bruker et parallelt datakommunikasjonsgrensesnitt, inkludert en databuss, lese- og skrivekontrolllinjer, enhetsstropper og tilbakestillingspinner. I systemdesignet er multifunksjons statisk minnestyring (FSMC) ved hjelp av STM32F103xD-brikken koblet til LCD-modulen.
FSMC-modulen i STM32F-brikken er en statisk minnefunksjon med flere funksjoner som støtter statisk minne (SRAM), NOR F1ash og PSRAM. Det kan støtte 8-bit eller 16-bit stort minne.
Tilgangstidspunktet for LCD-modulen er det samme som for SRAM, og grensesnittet for 8080 eller 6800-typen kan velges av konfigurasjonspinnen. Figur 2 viser den elektriske forbindelsen mellom FSMC-grensesnittet til STM32-brikken og LCD-skjermen. LCD-skjermen her er 8080-grensesnittet.
2.4 Kommunikasjonskrets
Kontrollstrukturen til Intelligent Motor Control Center (IMCC) er for det meste en busstype distribuert nettverksstruktur der en sentral kontroller er ansvarlig for planlegging og overvåking av driften av alle motorer. Avhengig av den sentrale kontrolleren som brukes (for det meste PLC), er systemets kommunikasjonsprotokoller MODBUS, Fieldbus og Ethernet. Den vanligste av disse er MODBUS-protokollen. Det fysiske laget av MODBUS-protokollen er et halvdupleks kommunikasjonsnett basert på RS485, hvor motorbeskytteren er i slave-tilstand.
Siden motorbeskytteren er internt oppvarmet, må RS485 fjernkommunikasjon isoleres fra hovedbryteren på kontrolleren. For isolering av RS485-transceiveren må kommunikasjonssignalet og strømforsyningen til transceiveren isoleres. Kommunikasjonsgrensesnittutformingen til motorbeskytteren krever en kommunikasjons baudrate på opptil 57,6 kbps. Derfor er det behov for høyhastighets optokoblere eller digitale isolasjonsbrikker for å isolere kommunikasjonssignalene.
Den digitale isolasjonsbrikken er en ny type enhet. Bedrifter som TI, ADI og Silicon Lab har introdusert sine egne patenterte digitale isolasjonsanordninger, men stiftpakker og stiftfunksjoner for hver brikke er for det meste kompatible og kan erstattes direkte. Sammenlignet med tradisjonelle høyhastighetsoptokopplere har digitale isolasjonsanordninger fordelene ved lavt strømforbruk, høy overføringshastighet, kompatibilitet med 3V / 5V-systemer og enkle eksterne enheter. Den faktiske tilkoblingskretsen er vist i figur 3.
