Motor je najvažniji izvor u industrijskoj proizvodnji. Kako efikasno nadgledati radno stanje motora, zaštititi krug motora, poboljšati vrijeme rada motora, smanjiti kvara motora i kritičan je za rad celokupne mreže postrojenja.
Postoji mnogo vrsta uređaja za zaštitu motora. Trenutno se obično koristi na osnovu mehaničkih termičkih releja od metalne ploče. Ima jednostavnu strukturu i ima inverzne vremenske karakteristike u zaštiti preopterećenja motora. Međutim, on ima manje zaštitnih funkcija, bez zaštite od fazne zaštite i ne može zaštititi motor od slabe ventilacije, kretanja, kočenja, dugotrajnog preopterećenja, čestog puštanja u pogon itd. Pored toga, termalni relej ima i kvarove kao što su loša ponovljivost, velika prekomerna opterećenja ili greška u kratkom spoju, ne mogu se ponovo koristiti, velika greška prilikom prilagođavanja, na koju lako mogu uticati temperatura okoline, pogrešno pokretanje ili odbijanje, velika potrošnja energije, potrošni materijal i loši pokazatelji performansi.
Kao odgovor na nacionalne zahteve za očuvanje energije i smanjenje emisije, upotreba elektronskih zaštitnika motora zasnovanih na mikrokontrolerima za zamjenu postojećih termičkih releja ima široko tržište. ARM čip STM32 serije sa integrisanim bogatim periferijama je dizajniran kao ključni inteligentni zaštitnik motora, koji ima prednosti brzog odziva, manje dodatnih čipova, jednostavnog debagovanja u proizvodnji, visoke proizvodnje i socijalnih koristi.
1 inteligentna funkcija zaštite i hardverska arhitektura
Najvažnije greške u radu motora uključuju: početak vremena, preopterećenje, kašnjenje, gubitak faze, neuravnoteženost, pregrevanje, prenaponsko napajanje, prenaponsko napajanje, prekid napona itd. Zbog toga, pametni zaštitnik mora pratiti radni napon, radnu struju i temperaturu kućišta motora .
Istovremeno, zbog različitih tipova, kapaciteta i opterećenja motora, parametri zaštite motora su takođe različiti, pa je neophodno biti u mogućnosti postaviti parametre zaštite za različite motore.
Štaviše, kako bi inteligentni zaštitni releji omogućili da zadovolje potrebe trenutno popularnog inteligentnog centra za kontrolu motora (IMCC), inteligentni zaštitnici motora takođe moraju imati funkcije mrežne komunikacije.
Slika 1 je blok dijagram hardverske strukture inteligentnog zaštitnika motora.
2 sistemski dizajn hardvera
2.1 MCU
MCU je suštinski deo zaštitnika motora i odgovoran je za prikupljanje podataka, obradu podataka, kontrolu izlaza i podešavanje parametara. Evo ST najnovijeg STM32F103xD serije ARM čipa.
Ova serija čipova koristi ARM 32-bitni C0rtex M3 kao jezgro, a najviša frekvencija je 72MHz. Jezgro Cortex ima jedinicu za razmnožavanje hardvera i odjeljenja jednim ciklusom, tako da je pogodna za obradu podataka visoke brzine.
Čip ima tri nezavisna ciklusa konverzije, minimalni 1s analogni-digitalni pretvarač za velike brzine i tri nezavisna digitalno-analogna konvertora sa zasebnim krugom za uzorkovanje i držanje, pa je posebno pogodan za trofazni motor kontrola, nadgledanje mreža i višeparametarski instrumenti. Upotreba opreme.
Čip takođe dolazi sa bogatom komunikacijskom jedinicom, uključujući do pet asinhronih serijskih interfejsa, jednog USB slave uređaja, jednog CAN uređaja, I2C i SPI modula.
2.2 Analogna jedinica za akviziciju
Zaštita motora uglavnom treba sakupljati tri analogne količine struje, napona i temperature kako bi nadgledala i zaštitila stanje rada motora.
Postoje mnogi tipovi strujnih senzora, uključujući jezgre strujnih transformatora, Hallove senzore i otpornike senzora. Motor povezan sa zaštitom motora uglavnom ima motor od nekoliko kilovata do nekoliko desetina kilovata, pa je fazna struja motora uglavnom od nekoliko ampera do nekoliko desetina ampera. Stoga, strujni transformator se koristi kao trenutna jedinica za sakupljanje, koja ima prednosti širokog mernog opsega, male proizvodnje toplote i visokog izolacionog napona. Istovremeno, bez promjene parametara kola za procesiranje, trenutni senzor sa različitim odnosima može lako promijeniti opseg detekcije proteka motora, tako da se može pogodno koristiti za zaštitu motora veće snage.
Napon se dobija direktno od delitelja otpornika, tako da je čitav motorni regulator zajednički sistem. Otpornik koristi otpornik visoke impedanse i visokonaponske otpornosti. U cilju poboljšanja prenaponske sposobnosti kola za nabavku napona, krug razvodnika napona koristi serije višestrukih otpornika kako bi smanjio nominalni pad napona na svakom otporniku i poboljšao celokupnu granu. Najveći izdržljivi napon.
Senzor temperature koristi zajednički senzor otpornosti na platinu ili NTC termistor, a odgovarajući krug za uspostavljanje signala za termički otpor je dizajniran na hardveru zaštitnika. Pošto je termički otpor nelinearni uređaj, kanal za obradu temperature se mora nelinearno obraditi. Da bi se smanjila složenost hardverskog kruga, stvarni RTD uređaj za kondicioniranje je dizajniran samo za upotrebu pojačala instrumentacije, a nelinearna obrada RTD-a vrši MCU. izvršiti. Postoji i senzor temperature poluprovodnika ugrađen u MCU čip kako bi se otkrila temperatura unutar zaštitnika kako bi se sprečile greške prilikom kontrole zbog pregrijavanja sistema.
2.3 LCD ekran
Za samostalan zaštitnik motora neophodno je postaviti zaštitne parametre, prikazati trenutni radni status i prikazati tip greške kada se pojavi greška. Dakle, zaštitnik motora zahteva jedinicu za prikazivanje.
Dizajn sistema usvaja doterni matrični STN crni i beli ekran za LCD ekran. U poređenju sa TFT LCD modulom u boji, ima prednosti širokog temperaturnog opsega, dugog vijeka i čitanja pod jakim svjetlom.
Ugrađeni kontroler LCD modula koristi paralelni interfejs za komunikaciju podataka, uključujući vodu podataka, upravljačke linije za čitanje i pisanje, strojeve uređaja i resetovanje igle. U dizajnu sistema, multifunkcionalni statički memorijski kontroler (FSMC) pomoću čipa STM32F103xD je priključen na LCD modul.
FSMC modul STM32F čipa je višefunkcijski statički memorijski kontroler koji podržava statičku memoriju (SRAM), NOR F1ash i PSRAM. Može podržati 8-bitnu ili 16-bitnu široku memoriju.
Tajmer pristupa LCD modula je isti kao i kod SRAM-a, a konfiguracijski pin se može odabrati s vremenom povezivanja tipa 8080 ili 6800. Slika 2 prikazuje električnu vezu između FSMC interfejsa STM32 čipa i LCD-a. LCD ekran je vremenski interval 8080.
2.4 Komunikacioni krug
Kontrolna struktura Inteligentnog kontrolnog centra za motore (IMCC) je uglavnom struktura distribuirane mreže magistrale u kojoj je centralni kontroler odgovoran za raspoređivanje i praćenje rada svih motora. U zavisnosti od centralnog kontrolera koji se koristi (uglavnom PLC-a), komunikacijski protokoli sistema su MODBUS, Fieldbus i Ethernet. Najčešći od njih je MODBUS protokol. Fizički sloj MODBUS protokola je half-duplex komunikaciona mreža zasnovana na RS485, u kojoj je zaštitnik motora u slave stanju.
S obzirom da je zaštitnik motora unutrašnje zagrejan, RS485 daljinska komunikacija mora biti izolovana od glavnog kola regulatora. Za izolaciju RS485 primopredajnika, komunikacijski signal i napajanje prijemnika treba izolovati. Dizajn komunikacijskog interfejsa zaštitnika motora zahtijeva brzinu komunikacijske brzine do 57.6 kbps. Zbog toga su neophodni visokokvalitetni optički sklopovi ili čipovi za digitalnu izolaciju kako bi se izolovali komunikacijski signali.
Digitalni izolacioni čip je novi tip uređaja. Kompanije kao što su TI, ADI i Silicon Lab su predstavile svoje patentirane digitalne izolacione uređaje, ali pinovi i pin funkcije svakog čipa su uglavnom kompatibilni i mogu se direktno zamijeniti. U poređenju sa tradicionalnim optocouplerima za velike brzine, digitalni izolacioni uređaji imaju prednosti male potrošnje energije, visoke brzine prenosa, kompatibilnosti sa 3V / 5V sistemima i jednostavnih perifernih uređaja. Stvarni krug veze je prikazan na slici 3.
