De motor is de belangrijkste aandrijfbron op het gebied van industriële productie. Hoe de lopende toestand van de motor effectief kan worden bewaakt, het motorcircuit wordt beschermd, de bedrijfstijd van de motor wordt verbeterd, de motorstoring wordt verminderd en kritiek is voor de werking van het algemene net van de installatie.
Er zijn vele soorten motorbeveiligingsinrichtingen. Momenteel wordt het meer gebruikelijk gebruikt op basis van mechanische thermische relais van metaalplaten. Het heeft een eenvoudige structuur en heeft omgekeerde tijdkarakteristieken om motoroverbelasting te beschermen. Het heeft echter minder beveiligingsfuncties, geen beveiliging tegen fasestoringen en kan de motor niet beschermen tegen slechte ventilatie, bezemvorming, afslaan, langdurige overbelasting, frequente opstart, enz. Bovendien heeft het thermische relais ook defecten zoals slechte herhaalbaarheid, grote stroom overbelasting of kortsluiting, kan niet opnieuw worden gebruikt, grote aanpassing fout, gemakkelijk te worden beïnvloed door omgevingstemperatuur, mis verplaatsing of weigering, groot stroomverbruik, verbruiksartikelen en slechte prestatie-indicatoren.
Als reactie op de nationale vereisten voor energiebehoud en emissiebeperking heeft het gebruik van op microcontrollers gebaseerde elektronische motorbeveiligingen ter vervanging van bestaande thermische relais een brede markt. De ARM-chip uit de STM32-serie met geïntegreerde rijke randapparatuur is ontworpen als de belangrijkste intelligente motorbeschermer, die de voordelen heeft van een snelle respons, minder extra chips, eenvoudige productie-foutopsporing, hoge productie en sociale voordelen.
1 intelligente beveiligingsfunctie en hardware-architectuur
De belangrijkste storingen in de werking van de motor zijn: starttime-out, overbelasting, blokkering, faseverlies, onbalans, oververhitting, onderbelasting, overspanning, onderspanning, enz. Daarom moet de slimme beveiliging de bedrijfsspanning, bedrijfsstroom en chassitemperatuur van de motor controleren. .
Tegelijkertijd zijn de parameters van de motorbeveiliging vanwege de verschillende typen, capaciteiten en belastingstypen van de motor ook verschillend, dus het is noodzakelijk om de beveiligingsparameters voor verschillende motoren te kunnen instellen.
Bovendien moeten intelligente motorbeveiligers ook over netwerkcommunicatiefuncties beschikken om intelligente beveiligingsrelais in staat te stellen aan de behoeften van het momenteel populaire Intelligent Motor Control Center (IMCC) te voldoen.
Figuur 1 is een blokschema van de hardware-structuur van de intelligente motorbeschermer.
2 systeemhardwareontwerp
2.1 MCU
De MCU is het belangrijkste onderdeel van de motorbeschermer en is verantwoordelijk voor gegevensacquisitie, gegevensverwerking, uitgangscontrole en parameterinstelling. Dit is de nieuwste STM32F103xD-serie ARM-chip van ST.
Deze reeks chips gebruikt de 32-bits C0rtex M3 van ARM als de kern en de hoogste frequentie is 72 MHz. De Cortex-kern heeft een hardware-vermenigvuldigings- en divisie-eenheid met één cyclus, zodat deze geschikt is voor gegevensverwerking op hoge snelheid.
De chip heeft drie onafhankelijke conversiecycli, een minimale 1s high-speed analoog-naar-digitaalomzetter en drie onafhankelijke digitaal-naar-analoog converters met afzonderlijke bemonster-en-houdcircuits, dus het is vooral geschikt voor driefasenmotor controle, netbewaking en multi-parameter instrumenten. Gebruik van apparatuur.
De chip wordt ook geleverd met een uitgebreide communicatie-eenheid, waaronder maximaal vijf asynchrone seriële interfaces, een USB-slave-apparaat, een CAN-apparaat, I2C- en SPI-modules.
2.2 Analoge acquisitie-eenheid
De motorbeveiliging moet hoofdzakelijk drie analoge hoeveelheden stroom, spanning en temperatuur verzamelen om de bedrijfstoestand van de motor te bewaken en te beschermen.
Er zijn veel soorten stroomsensoren, waaronder kernstroomtransformatoren, Hall-sensoren en shuntweerstanden. De motor verbonden met de motorbeschermer heeft hoofdzakelijk een motor van enkele kilowatt tot enkele tientallen kilowatts, dus de fasestroom van de motor is hoofdzakelijk van enkele ampères tot enkele tientallen ampères. Daarom wordt de stroomtransformator gebruikt als de stroomopvangeenheid, die de voordelen heeft van een breed meetbereik, kleine warmteontwikkeling en een hoge isolatiespanning. Tegelijkertijd, zonder de parameters van het verwerkingscircuit te veranderen, kan de stroomsensor met verschillende verhoudingen gemakkelijk het huidige detectiebereik van de motorbeveiliging wijzigen, zodat deze gemakkelijk kan worden gebruikt voor motorbeveiliging met grotere capaciteit.
De spanning wordt rechtstreeks verkregen door de weerstandsverdeler, dus de gehele motorbesturing is een algemeen systeem. De weerstand gebruikt een weerstand van hoge en hoge spanning. Teneinde de overspanningscapaciteit van de spanningsverwervingsschakeling te verbeteren, gebruikt de spanningsdelerschakeling een reeks met meerdere weerstanden om de nominale spanningsval over elke weerstand te verminderen en de gehele tak te verbeteren. De hoogst weerstaan spanning.
De temperatuursensor maakt gebruik van een gemeenschappelijke platina weerstandsensor of NTC thermistor, en het corresponderende thermische weerstand signaal conditionerende circuit is ontworpen op de protector hardware. Omdat de thermische weerstand een niet-lineair apparaat is, moet het kanaal voor verwerking van temperatuurverwerving niet-lineair worden verwerkt. Om de complexiteit van de hardwareschakeling te verminderen, is de huidige RTD-conditioneringseenheid alleen ontworpen om een instrumentatieversterker te gebruiken en wordt de niet-lineaire verwerking van de RTD uitgevoerd door de MCU. uitvoeren. Er is ook een halfgeleidertemperatuursensor ingebouwd in de MCU-chip om de temperatuur in de beschermer te detecteren om besturingsfouten als gevolg van oververhitting van het systeem te voorkomen.
2.3 LCD-scherm
Voor een stand-alone motorbeveiliger is het noodzakelijk om de beveiligingsparameters in te stellen, de huidige bedrijfsstatus weer te geven en ook het fouttype weer te geven wanneer er een fout optreedt. Daarom heeft de motorbeschermer een display-eenheid nodig.
Het systeemontwerp gebruikt de dotmatrix STN zwart-witte liquid crystal display (LCD) -module. Vergeleken met de TFT LCD-kleurenmodule heeft dit de voordelen van een breed temperatuurbereik, een lange levensduur en leesbaar onder sterk licht.
De ingebouwde controller van de LCD-module maakt gebruik van een parallelle interface voor gegevenscommunicatie, waaronder een databus, lees- en schrijfregellijnen, apparaatstroboscopen en resetpinnen. In het systeemontwerp is de multifunctionele statische geheugencontroller (FSMC) met behulp van de STM32F103xD-chip aangesloten op de LCD-module.
De FSMC-module van de STM32F-chip is een multifunctionele statische geheugencontroller die statisch geheugen (SRAM), NOR F1ash en PSRAM ondersteunt. Het ondersteunt 8-bit of 16-bit breed geheugen.
De toegangstijd van de LCD-module is dezelfde als die van de SRAM en de interfacetiming van het type 8080 of 6800 kan worden geselecteerd door de configuratiepin. Figuur 2 toont de elektrische verbinding tussen de FSMC-interface van de STM32-chip en de LCD. De LCD hier is de timing van de 8080-interface.
2.4 Communicatiecircuit
De besturingsstructuur van het intelligente motorbesturingscentrum (IMCC) is meestal een gedistribueerde netwerkstructuur van het bustype waarin een centrale controller verantwoordelijk is voor het plannen en bewaken van de werking van alle motoren. Afhankelijk van de gebruikte centrale controller (meestal PLC), zijn de communicatieprotocollen van het systeem MODBUS, veldbus en Ethernet. De meest voorkomende hiervan is het MODBUS-protocol. De fysieke laag van het MODBUS-protocol is een half-duplex communicatienetwerk op basis van RS485, waarbij de motorbeschermer zich in een slaaftoestand bevindt.
Omdat de motorbeveiliging intern wordt verwarmd, moet de RS485-communicatie op afstand worden geïsoleerd van het hoofdcircuit van de controller. Voor de isolatie van de RS485-transceiver moeten het communicatiesignaal en de voeding van de transceiver worden geïsoleerd. Het ontwerp van de communicatie-interface van de motorbeschermer vereist een baudrate voor communicatie tot 57,6 kbps. Daarom zijn high-speed optocouplers of digitale isolatiechips nodig om de communicatiesignalen te isoleren.
De digitale isolatie-chip is een nieuw type apparaat. Bedrijven zoals TI, ADI en Silicon Lab hebben hun eigen gepatenteerde digitale isolatieapparaten geïntroduceerd, maar de pin-pakketten en pin-functies van elke chip zijn meestal compatibel en kunnen direct worden vervangen. Vergeleken met traditionele optische optocouplers met hoge snelheid, hebben digitale isolatieapparaten de voordelen van een laag stroomverbruik, een hoge transmissiesnelheid, compatibiliteit met 3V / 5V-systemen en eenvoudige randapparatuur. Het feitelijke verbindingscircuit wordt getoond in figuur 3.
