Двигатель является наиболее важным источником вождения в промышленном производстве. Как эффективно контролировать рабочее состояние двигателя, защищать цепь двигателя, улучшать время работы двигателя, уменьшать неисправность двигателя и критически важно для работы всей сетки установки.
Существует много видов устройств защиты двигателя. В настоящее время он чаще используется на механических тепловых реле металлических пластин. Он имеет простую структуру и имеет обратные временные характеристики для защиты от перегрузки двигателя. Тем не менее, он имеет меньше функций защиты, не имеет защиты от отказа фаз и не может защитить двигатель от плохой вентиляции, рубки, остановки, долговременной перегрузки, частых запусков и т. Д. Кроме того, тепловое реле также имеет дефекты, такие как плохая повторяемость, большая перегрузка по току или отказ от короткого замыкания, нельзя использовать снова, большая ошибка регулировки, легко подверженная влиянию температуры окружающей среды, неправильное перемещение или отказ, большая потребляемая мощность, расходные материалы и низкие показатели эффективности.
В ответ на национальные требования по экономии энергии и сокращению выбросов использование микропроцессорных электронных двигателей для замены существующих тепловых реле имеет широкий рынок. Микросхема ARM STM32 серии с интегрированными богатыми периферийными устройствами разработана как основной интеллектуальный защитный механизм двигателя, который имеет преимущества быстрого реагирования, менее дополнительных чипов, простой отладки производства, высоких производственных и социальных преимуществ.
1 интеллектуальная функция защиты и аппаратная архитектура
Основными неисправностями в работе двигателя являются: таймаут запуска, перегрузка, остановка, потеря фазы, дисбаланс, перегрев, недогрузка, перенапряжение, пониженное напряжение и т. Д. Поэтому интеллектуальный протектор должен контролировать рабочее напряжение, рабочий ток и температуру шасси двигателя ,
В то же время, из-за разных типов, емкостей и типов нагрузки двигателя, параметры защиты двигателя также различны, поэтому необходимо иметь возможность устанавливать параметры защиты для разных двигателей.
Кроме того, чтобы интеллектуальные защитные реле соответствовали потребностям популярного в настоящее время интеллектуального центра управления двигателем (IMCC), интеллектуальные защитные устройства двигателя также должны иметь функции сетевой связи.
На рисунке 1 показана блок-схема аппаратной структуры интеллектуального защитного устройства двигателя.
2 системного оборудования
2.1 MCU
MCU является основной частью протектора двигателя и отвечает за сбор данных, обработку данных, управление выходом и настройку параметров. Вот последний ST-ST-STM32F103xD ARM-чип.
Эта серия чипов использует 32-битный C0rtex M3 ARM в качестве ядра, а самая высокая частота - 72 МГц. Ядро Cortex имеет однотактное аппаратное умножение и деление, поэтому оно подходит для высокоскоростной обработки данных.
Микросхема имеет три независимых цикла преобразования, минимум 1 с высокоскоростным аналого-цифровым преобразователем и три независимых цифро-аналоговых преобразователя с отдельными схемами выборки и удержания, поэтому он особенно подходит для трехфазного двигателя контроля, мониторинга сетки и многопараметрических приборов. Использование оборудования.
Чип также оснащен богатым коммуникационным модулем, включая до пяти асинхронных последовательных интерфейсов, одно ведомое устройство USB, одно CAN-устройство, модули I2C и SPI.
2.2 Аналоговый блок сбора данных
Протектор двигателя в основном должен собирать три аналоговые величины тока, напряжения и температуры для контроля и защиты рабочего состояния двигателя.
Существует множество типов датчиков тока, в том числе трансформаторы тока основного тока, датчики Холла и шунтирующие резисторы. Двигатель, подключенный к защитному мотору двигателя, имеет двигатель от нескольких киловатт до нескольких десятков киловатт, поэтому фазовый ток двигателя в основном от нескольких ампер до нескольких десятков ампер. Поэтому трансформатор тока используется в качестве сборщика тока, который имеет преимущества широкого диапазона измерения, малой тепловыделения и высокого напряжения изоляции. В то же время, не меняя параметры схемы обработки, датчик тока с различными коэффициентами может легко изменить диапазон обнаружения тока защитного устройства двигателя, чтобы его можно было удобно использовать для защиты двигателя большей емкости.
Напряжение получается непосредственно резисторным делителем, поэтому весь контроллер двигателя является общей системой. Резистор использует высокоимпедансный и высоковольтный резистор. Чтобы улучшить перенапряжение схемы сбора напряжения, цепь делителя напряжения использует многорезонаторный ряд для снижения номинального падения напряжения на каждом резисторе и улучшения всей ветви. Самое высокое выдерживаемое напряжение.
Датчик температуры использует общий платиновый резистивный датчик или термистор NTC, а соответствующая схема кондиционирования термического сопротивления сконструирована на аппарате защиты. Поскольку термическое сопротивление является нелинейным устройством, канал обработки получения температуры должен быть нелинейно обработан. Чтобы уменьшить сложность аппаратной схемы, фактический блок кондиционирования RTD предназначен только для использования измерительного усилителя, а нелинейная обработка RTD выполняется MCU. осуществлять. Существует также полупроводниковый датчик температуры, встроенный в микросхему MCU для определения температуры внутри защитного устройства, чтобы предотвратить ошибки управления из-за перегрева системы.
2.3 ЖК-дисплей
Для автономной защиты двигателя необходимо иметь возможность устанавливать параметры защиты, отображать текущее рабочее состояние, а также отображать тип неисправности при возникновении неисправности. Поэтому для защиты двигателя требуется блок дисплея.
В конструкции системы используется матричный матричный ЖК-дисплей STN с черно-белым жидкокристаллическим дисплеем (LCD). По сравнению с цветным ЖК-модулем TFT, он имеет преимущества широкого диапазона температур, долговечности и удобства чтения при сильном освещении.
Встроенный контроллер ЖК-модуля использует параллельный интерфейс передачи данных, включая шину данных, линии управления считыванием и записью, стробирования устройств и сбросных контактов. В системном дизайне многофункциональный контроллер статической памяти (FSMC) с использованием микросхемы STM32F103xD подключается к ЖК-модулю.
Модуль FSMC микросхемы STM32F представляет собой многофункциональный контроллер статической памяти, который поддерживает статическую память (SRAM), NOR F1ash и PSRAM. Он может поддерживать 8-битную или 16-разрядную память.
Время доступа к ЖК-модулю такое же, как и у SRAM, а синхронизация интерфейса 8080 или 6800 может быть выбрана с помощью контактного разъема конфигурации. На рисунке 2 показано электрическое соединение между интерфейсом FSMC микросхемы STM32 и ЖК-дисплеем. ЖК-дисплей - это время интерфейса 8080.
2.4 Схема связи
Управляющая структура Центра интеллектуального управления двигателем (IMCC) в основном представляет собой распределенную сетевую структуру шинного типа, в которой центральный контроллер отвечает за планирование и мониторинг работы всех двигателей. В зависимости от используемого центрального контроллера (в основном ПЛК) протоколы связи системы - MODBUS, Fieldbus и Ethernet. Наиболее распространенным из них является протокол MODBUS. Физический уровень протокола MODBUS представляет собой полудуплексную сеть связи на основе RS485, в которой защитник двигателя находится в подчиненном состоянии.
Так как защита двигателя внутренне нагрета, дистанционная связь RS485 должна быть изолирована от основной цепи контроллера. Для изоляции приемопередатчика RS485 необходимо изолировать сигнал связи и источник питания приемопередатчика. Конструкция интерфейса связи защитного устройства двигателя требует скорости обмена данными до 57,6 кбит / с. Поэтому для изоляции сигналов связи необходимы высокоскоростные оптопары или цифровые изолирующие микросхемы.
Цифровой изолирующий чип - это новый тип устройства. Компании, такие как TI, ADI и Silicon Lab, представили свои собственные запатентованные цифровые устройства для изоляции, но пакеты штырей и функции штырей каждого чипа в основном совместимы и могут быть непосредственно заменены. По сравнению с традиционными высокоскоростными оптопарами, цифровые устройства изоляции имеют преимущества низкого энергопотребления, высокой скорости передачи, совместимости с системами 3 В / 5 В и простых периферийных устройств. Фактическая схема подключения показана на рисунке 3.
