Motoren er den vigtigste drivkilde inden for industriel produktion. Hvordan man effektivt overvåger motorens driftstilstand, beskytter motorkredsløbet, forbedrer motorens kørselstid, reducerer motorfejl og er kritisk for driften af det samlede gitter i anlægget.
Der er mange slags motorbeskyttelsesanordninger. På nuværende tidspunkt er det mere almindeligt anvendt baseret på metalplader mekaniske termiske relæer. Den har en enkel struktur og har omvendte tidskarakteristika for at beskytte motorens overbelastning. Det har dog færre beskyttelsesfunktioner, ingen fasebeskyttelsesbeskyttelse og kan ikke beskytte motoren mod dårlig ventilation, brooming, stalling, langvarig overbelastning, hyppig opstart mv. Derudover har termisk relæ også defekter som f.eks. dårlig repeterbarhed, stor strøm overbelastning eller kortslutningsfejl, kan ikke bruges igen, stor justeringsfejl, let påvirkes af miljøtemperatur, fejlbevægelse eller afvisning, stort strømforbrug, forbrugsstoffer og dårlige præstationsindikatorer.
Som svar på nationale energibesparelser og emissionsreduktionskrav har brugen af mikrokontrollerbaserede elektroniske motorbeskyttelsesmidler til erstatning af eksisterende termiske relæer et bredt marked. STM32-serien ARM-chip med integrerede rige periferiudstyr er designet som den centrale intelligente motorbeskytter, som har fordelene ved hurtig respons, mindre ekstra chips, simpel produktionsfejlfinding, høj produktion og sociale fordele.
1 intelligent beskytterfunktion og hardwarearkitektur
De vigtigste fejl i motorens drift er: start timeout, overbelastning, stall, fasetab, ubalance, overophedning, underbelastning, overspænding, underspænding osv. Derfor skal den smarte beskytter overvåge driftsspændingen, driftsstrømmen og chassitemperaturen på motoren .
På samme tid, på grund af de forskellige typer, kapaciteter og belastningstyper på motoren er parametrene for motorbeskyttelsen også forskellige, så det er nødvendigt at kunne indstille beskyttelsesparametrene for forskellige motorer.
For at gøre det muligt for intelligente beskyttelsesrelæer at imødekomme behovene hos det i øjeblikket populære Intelligent Motor Control Center (IMCC), skal intelligente motorbeskyttere også have netværkskommunikationsfunktioner.
Figur 1 er et blokdiagram over hardwarestrukturen af den intelligente motorbeskytter.
2 system hardware design
2,1 MCU
MCU er den centrale del af motorbeskytteren og er ansvarlig for dataindsamling, databehandling, udgangskontrol og parameterindstilling. Her er STs nyeste ARM-chip STM32F103xD-serie.
Denne serie chips bruger ARMs 32-bit C0rtex M3 som kernen, og den højeste frekvens er 72MHz. Cortex-kernen har en enkelt-multiplicerings- og delingsenhed med hardware, så den er velegnet til højhastigheds databehandling.
Chipen har tre uafhængige konverteringskredsløb, mindst 1s analoge til digital-konverter med høj hastighed og tre uafhængige digital-til-analoge konvertere med separate prøve-og-hold-kredsløb, så det er især velegnet til trefaset motor kontrol, grid overvågning og multi-parameter instrumenter. Brug af udstyr.
Chippen leveres også med en rig kommunikationsenhed, herunder op til fem asynkrone serielle grænseflader, en USB slaveenhed, en CAN-enhed, I2C og SPI-moduler.
2.2 Analog opkøbsenhed
Motorbeskyttelsen skal primært indsamle tre analoge strømstrømmer, spænding og temperatur for at overvåge og beskytte motorens driftstilstand.
Der er mange typer af nuværende sensorer, herunder kernestrømstransformatorer, Hall sensorer og shunt modstande. Motoren, der er forbundet med motorbeskyttelsen, har hovedsagelig en motor med flere kilowatt til flere titus kilowatt, så motorens fasestrøm er hovedsagelig fra flere ampere til flere tiotals ampere. Derfor anvendes den nuværende transformer som den nuværende samleenhed, som har fordelene ved bredt måleområde, lille varmegenerering og høj isolationsspænding. Samtidig kan den nuværende sensor med forskellige forhold uden at ændre parametrene for forarbejdningskredsløbet nemt ændre motorens beskyttelsesområde, så det nemt kan bruges til større kapacitetsbeskyttelse.
Spændingen opnås direkte af modstandsdeleren, så hele motorstyringen er et fælles system. Modstanden bruger en højimpedans og højspændingstype modstand. For at forbedre overspændingsevnen af spændingsopsamlingskredsløbet anvender spændingsdeler-kredsløbet en multisensorserie for at reducere det nominelle spændingsfald over hver modstand og forbedre hele grenen. Den højeste modstandsspænding.
Temperaturføleren anvender en fælles platinmotstandssensor eller NTC-termistor, og det tilsvarende termiske modstandssignalkonditionerings kredsløb er designet på beskyttelses hardware. Da den termiske modstand er en ikke-lineær anordning, skal temperaturopkøbsbehandlingskanalen behandles ikke-lineært. For at reducere hardwarekredsløbets kompleksitet er den egentlige RTD-konditioneringsenhed kun designet til at anvende en instrumenteringsforstærker, og den ikke-lineære behandling af FTU udføres af MCU. udføre. Der er også en halvleder temperaturføler indbygget i MCU chip for at detektere temperaturen inde i beskytteren for at forhindre kontrolfejl som følge af overophedning af systemet.
2.3 LCD-skærm
For en stand-alone motorbeskytter er det nødvendigt at kunne indstille beskyttelsesparametrene, vise den aktuelle driftsstatus og også vise fejltypen, når der opstår en fejl. Derfor kræver motorbeskyttelsen en displayenhed.
Systemdesignet vedtager dot matrix STN sort / hvid LCD-modul (LCD). Sammenlignet med TFT farve LCD-modulet, har det fordelene ved det brede temperaturområde, lang levetid og læsbar under stærkt lys.
Den indbyggede controller i LCD-modulet bruger en parallel datakommunikations grænseflade, herunder en databus, læse og skrive kontrol linjer, enhedsstropper og nulstifter. I systemdesignet er den multifunktionelle statiske hukommelsescontroller (FSMC), der bruger STM32F103xD-chippen, forbundet til LCD-modulet.
FSMC-modulet i STM32F-chip er en multi-funktion statisk hukommelsescontroller, der understøtter statisk hukommelse (SRAM), NOR F1ash og PSRAM. Det kan understøtte 8-bit eller 16-bit bred hukommelse.
Adgangstiden for LCD-modulet er den samme som for SRAM, og grænsefladetimingen af typen 8080 eller 6800 kan vælges af konfigurationstasten. Figur 2 viser den elektriske forbindelse mellem FSMC-grænsefladen i STM32-chip og LCD-skærmen. LCD'et her er 8080 interface timing.
2.4 Kommunikationskredsløb
Kontrolstrukturen i Intelligent Motor Control Center (IMCC) er for det meste en bus-type distribueret netværk struktur, hvor en central controller er ansvarlig for planlægning og overvågning af driften af alle motorer. Afhængigt af den centrale controller (mest PLC) er systemets kommunikationsprotokoller MODBUS, Fieldbus og Ethernet. Den mest almindelige af disse er MODBUS-protokollen. Det fysiske lag i MODBUS-protokollen er et halvduplex kommunikationsnet baseret på RS485, hvor motorbeskyttelsen er i slave tilstand.
Da motorbeskytteren er internt opvarmet, skal RS485 fjernkommunikation isoleres fra regulatorens hovedkreds. Til isolering af RS485 transceiveren skal kommunikationssignalet og strømforsyningen til transceiveren isoleres. Kommunikations interface design af motor beskytter kræver en kommunikations baud rate på op til 57,6 kbps. Derfor er high-speed optokoblere eller digitale isoleringschips nødvendige for at isolere kommunikationssignalerne.
Den digitale isoleringschip er en ny type enhed. Virksomheder som TI, ADI og Silicon Lab har introduceret deres egne patenterede digitale isoleringsanordninger, men de enkelte stifter og pin-funktioner er for det meste kompatible og kan erstattes direkte. Sammenlignet med traditionelle high-speed optokoblere har digitale isoleringsanordninger fordelene ved lavt strømforbrug, høj transmissionshastighed, kompatibilitet med 3V / 5V-systemer og enkle eksterne enheder. Det egentlige forbindelseskredsløb er vist i figur 3.
