Motor je nejdůležitějším hnacím zdrojem v oblasti průmyslové výroby. Jak účinně monitorovat provozní stav motoru, chránit obvod motoru, zlepšit provozní dobu motoru, snížit poruchu motoru a je rozhodující pro provoz celkové rozvodné sítě elektrárny.
Existuje mnoho druhů zařízení pro ochranu motoru. V současné době je běžněji používán na základě mechanických tepelných relé kovových desek. Má jednoduchou strukturu a má inverzní časové charakteristiky při ochraně před přetížením motoru. Má však méně ochranných funkcí, bez ochrany proti selhání fází a nemůže chránit motor před špatným větráním, broušením, zastavením, dlouhodobým přetížením, častým uvedením do provozu atd. Kromě toho má tepelné relé také závady, jako je špatná opakovatelnost, velké přetížení nebo porucha zkratu, nelze znovu použít, velká chyba nastavení, snadno ovlivněna teplotou prostředí, špatným pohybem nebo odmítnutím, velkou spotřebou energie, spotřebním materiálem a špatnými ukazateli výkonu.
V reakci na národní požadavky na úsporu energie a snižování emisí má použití elektronických chráničů motoru na bázi mikrokontrolérů nahradit stávající tepelná relé široký trh. Čip ARM řady STM32 s integrovanými integrovanými periferiemi je navržen jako základní inteligentní chránič motoru, který má výhody rychlé reakce, méně dalších čipů, jednoduché ladění výroby, vysoké produkční a společenské výhody.
1 inteligentní ochranná funkce a hardwarová architektura
Hlavní poruchy při provozu motoru zahrnují: start timeout, přetížení, stall, ztrátu fáze, nevyváženost, přehřátí, podtržení, přepětí, podpětí atd. Chytrá ochrana proto musí sledovat provozní napětí, provozní proud a teplotu podvozku motoru .
Současně jsou vzhledem k různým typům, kapacitám a typům zatížení motoru také odlišné parametry ochrany motoru, takže je nutné nastavit parametry ochrany pro různé motory.
K tomu, aby inteligentní ochranné relé vyhovovaly potřebám současného populárního řídicího centra inteligentních motorů (IMCC), inteligentní chrániče motoru potřebují také funkce síťové komunikace.
Obrázek 1 je blokové schéma hardwarové struktury inteligentního chrániče motoru.
2 návrh hardwaru systému
2.1 MCU
MCU je ústřední částí chrániče motoru a je odpovědný za sběr dat, zpracování dat, řízení výstupů a nastavení parametrů. Zde je poslední čip STM32F103xD řady ARM.
Tato řada čipů používá jako jádro 32-bitový ARM C0rtex M3 a nejvyšší frekvenci je 72MHz. Cortex jádro má jedno-cyklické hardwarové násobení a dělení, takže je vhodné pro vysokorychlostní zpracování dat.
Čip má tři nezávislé konverzní cykly, nejméně 1 s vysokorychlostní převodník analogově-digitální a tři nezávislé převodníky digitálních a analogových s oddělenými obvody pro vzorkování a podržení, takže je obzvláště vhodný pro třífázový motor řízení, monitorování sítě a multiparametrové přístroje. Použití zařízení.
Čip je dodáván také s bohatou komunikační jednotkou, včetně až pěti asynchronních sériových rozhraní, jednoho USB podřízeného zařízení, jednoho zařízení CAN, modulů I2C a SPI.
2.2 Analogová pořizovací jednotka
Chránič motoru potřebuje především shromáždit tři analogové veličiny proudu, napětí a teploty, které monitorují a chrání provozní stav motoru.
Existuje mnoho typů proudových snímačů, včetně transformátorů proudu jádra, snímačů Hall a zkratových odporů. Motor připojený k chrániči motoru má hlavně motor o výkonu několik kilowat do několika desítek kilowattů, takže fázový proud motoru je převážně z několika ampérů na několik desítek ampérů. Proudový transformátor je proto využíván jako proudová sběrná jednotka, která má výhody širokého rozsahu měření, malého tepla a vysokého izolačního napětí. Současně bez změn parametrů zpracovávacího obvodu může snímač proudu s různými poměry snadno měnit rozsah detekce proudu chrániče motoru tak, aby mohl být vhodně použit pro ochranu většího výkonu motoru.
Napětí je dosaženo přímo děličem odporu, takže celý regulátor motoru je společný systém. Rezistor využívá odpor s vysokou impedancí a vysokonapěťovým odporem. Aby se zlepšila kapacita napěťového obvodu, napěťový dělicí obvod používá řadu s více rezistory ke snížení jmenovitého poklesu napětí na každém rezistoru a ke zlepšení celé větve. Nejvyšší napětí.
Snímač teploty používá společný snímač odporu platiny nebo termistor NTC a příslušný okruh pro úpravu signálu tepelného odporu je navržen na ochranném zařízení. Vzhledem k tomu, že tepelný odpor je nelineární zařízení, procesní kanál pro získávání teploty musí být nelineárně zpracován. Aby se snížila složitost hardwarového obvodu, je skutečná jednotka pro úpravu RTD navržena pouze pro použití zesilovače přístrojové techniky a nelineární zpracování RTD je prováděno MCU. vykonat. K dispozici je také snímač teploty polovodičů zabudovaný do čipu MCU, který detekuje teplotu uvnitř chrániče, aby se zabránilo chybám v řízení v důsledku přehřátí systému.
2.3 LCD displej
U samostatné chrániče motoru je nutné nastavit parametry ochrany, zobrazit aktuální provozní stav a také zobrazit typ poruchy při výskytu poruchy. Proto chránič motoru vyžaduje zobrazovací jednotku.
Návrh systému využívá černý a bílý displej s tekutými krystaly (LCD) dot matrix STN. Ve srovnání s barevným modulem TFT má výhody širokého teplotního rozsahu, dlouhé životnosti a čitelnosti při silném světle.
Vestavěný regulátor LCD modulu využívá paralelní rozhraní datové komunikace, včetně datové sběrnice, čtecích a zapisovacích řídících linek, stroboskopů zařízení a resetovacích kolíků. V konstrukci systému je k modulu LCD připojen multifunkční řadič statické paměti (FSMC) pomocí čipu STM32F103xD.
Modul FSMC čipu STM32F je multifunkční statický paměťový řadič, který podporuje statickou paměť (SRAM), NOR F1ash a PSRAM. Může podporovat 8bitovou nebo 16bitovou širokou paměť.
Časový interval přístupu modulu LCD je stejný jako u modulu SRAM a časování rozhraní typu 8080 nebo 6800 lze vybrat konfiguračním kolíkem. Obrázek 2 ukazuje elektrické spojení mezi rozhraním FSMC čipu STM32 a LCD. Na displeji LCD je časování rozhraní 8080.
2.4 Komunikační obvod
Řídicí struktura Inteligentního řídícího centra motoru (IMCC) je většinou distribuovaná síťová struktura sběrnice, ve které je centrální řídicí jednotka zodpovědná za plánování a sledování provozu všech motorů. V závislosti na použitém centrálním řídícím systému (většinou PLC) jsou komunikační protokoly systému MODBUS, Fieldbus a Ethernet. Nejběžnější z nich je protokol MODBUS. Fyzická vrstva protokolu MODBUS je poloduplexní komunikační síť založená na RS485, ve které je chránič motoru ve slave.
Protože je chránič motoru vnitřně vytápěn, musí být vzdálená komunikace RS485 izolována od hlavního obvodu regulátoru. Pro izolaci vysílače typu RS485 je nutné izolovat komunikační signál a napájení vysílače. Návrh komunikačního rozhraní chrániče motoru vyžaduje komunikační přenosovou rychlost až 57,6 kb / s. Proto jsou pro izolaci komunikačních signálů potřebné vysokorychlostní optočleny nebo digitální izolační čipy.
Digitální izolační čip je nový typ zařízení. Společnosti jako TI, ADI a Silicon Lab představily své vlastní patentované digitální izolační zařízení, ale pinové a pinové funkce každého čipu jsou většinou kompatibilní a lze je přímo nahradit. Ve srovnání s tradičními vysokorychlostními optočleny má digitální izolační zařízení výhodu nízké spotřeby energie, vysoké přenosové rychlosti, kompatibilitu se systémy 3V / 5V a jednoduchých periferií. Aktuální spojovací obvod je znázorněn na obrázku 3.
