Motor je najpomembnejši vodilni vir na področju industrijske proizvodnje. Kako učinkovito nadzirati stanje delovanja motorja, zaščititi vezje motorja, izboljšati čas delovanja motorja, zmanjšati motnjo motorja in je ključnega pomena za delovanje celotne mreže naprave.
Obstaja veliko vrst naprav za zaščito motorja. Trenutno se pogosteje uporablja na mehanskih termičnih relejih iz kovinskih plošč. Ima preprosto strukturo in ima v obratnem času značilnosti pri zaščiti preobremenitve motorja. Vendar pa ima manj zaščitnih funkcij, zaščite pred izgubo faze in ne more zaščititi motorja pred slabim prezračevanjem, prehitevanjem, zastajanjem, dolgoročno preobremenitvijo, pogostim zagonom itd. Poleg tega ima toplotni rele tudi pomanjkljivosti, kot so slaba ponovljivost, velika napaka preobremenitve ali kratkega stika, ni mogoče ponovno uporabiti, velika napaka prilagajanja, ki jo je težko vplivati zaradi okoljske temperature, napačnega gibanja ali zavrnitve, velike porabe energije, potrošnega materiala in slabih kazalcev uspešnosti.
V odgovor na nacionalne zahteve za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij je uporaba elektronskih zaščitnih mehanizmov na osnovi mikrokrmilnika za zamenjavo obstoječih termičnih relejev širok trg. ARM čip serije STM32 z integrirano bogato zunanjo napravo je zasnovan kot jedro inteligentnega zaščitnika motorja, ki ima prednosti hitrega odziva, manj dodatnih čipov, preprostega odpravljanja napak, visoke produktivnosti in socialnih koristi.
1 inteligentna funkcija zaščitnika in strojna arhitektura
Glavne napake v delovanju motorja vključujejo: časovno zakasnitev zagona, preobremenitev, stojalo, izgubo faze, neuravnoteženost, pregrevanje, premajhno napetost, prenapetost, prenizko napetost itd. Zato mora pametni zaščitni nadzor delovne napetosti, delovnega toka in temperature ohišja motorja .
Hkrati pa so zaradi različnih tipov, zmogljivosti in tipov obremenitev motorja tudi parametri zaščite motorja različni, zato je treba nastaviti zaščitne parametre za različne motorje.
Poleg tega inteligentni zaščitni motorji potrebujejo tudi omrežne komunikacijske funkcije, da bi inteligentni zaščitni releji omogočili zadovoljevanje potreb trenutno priljubljenega inteligentnega centra za nadzor motorja (IMCC).
Slika 1 je blokovni diagram strojne strukture inteligentnega zaščitnika motorja.
2 sistemska strojna oprema
2.1 MCU
MCU je osrednji del zaščitnika motorja in je odgovoren za pridobivanje podatkov, obdelavo podatkov, nadzor izhodov in nastavitev parametrov. Tukaj je ST najnovejši STM32F103xD serija ARM čip.
Ta serija čipov uporablja ARM 32-bitni C0rtex M3 kot jedro, največja frekvenca pa je 72MHz. Jedro Cortex ima eno-ciklično strojno množenje in razdelilno enoto, zato je primeren za obdelavo podatkov visoke hitrosti.
Čip ima tri neodvisne pretvorbene cikluse, najmanj 1s analogni-digitalni pretvornik za visoke hitrosti in tri neodvisne digitalno-analogne pretvornike z ločenimi vzorčnimi in držalnimi vezji, zato je še posebej primeren za trifazni motor nadzor, mrežno spremljanje in instrumenti z več parametri. Uporaba opreme.
Čip ima tudi bogato komunikacijsko enoto, vključno do pet asinhronih serijskih vmesnikov, eno pomožno napravo USB, eno CAN napravo, modul I2C in SPI.
2.2 Analogna enota za pridobivanje
Ščitnik motorja mora predvsem zbirati tri analogne količine toka, napetosti in temperature za spremljanje in zaščito voznega stanja motorja.
Obstaja veliko tipov tokovnih senzorjev, vključno z jedrnim tokovnim transformatorjem, senzorjem Hall in uporovalnimi senzorji. Motor, priključen na zaščito motorja, ima večinoma motor z več kilovatnimi tezami do nekaj deset kilovatov, zato je fazni tok motorja večinoma iz več amperov na več deset amperov. Zato se trenutni transformator uporablja kot trenutna zbiralna enota, ki ima prednosti širokega merilnega območja, majhne toplotne moči in visoke izolacijske napetosti. Hkrati, brez spreminjanja parametrov procesnega vezja, lahko trenutni senzor z različnimi razmerji enostavno spremeni trenutno območje zaznavnosti zaščite motorja, tako da ga je mogoče udobno uporabiti za zaščito motorja z večjimi zmogljivostmi.
Napetost dobi direktno od upora delilnika, zato je celoten krmilnik motorja skupen sistem. Upor uporablja upor z visoko impedanco in visokonapetostnim uporom. Da bi izboljšali prekomerno napetost vezja za pridobivanje napetosti, napetostni razdelilnik uporablja multi-uporne serije, da zmanjša nazivni padec napetosti po vsakem uporu in izboljša celotno vejo. Najvišja vzdržana napetost.
Temperaturni senzor uporablja skupni senzor odpornosti na platine ali NTC termistor, ustrezna klimatska vezja za termično upornost pa je zasnovana na strojni opremi zaščitnika. Ker je toplotni upor nelinearna naprava, mora biti proces obdelave pridobivanja temperature nelinearno obdelan. Da bi zmanjšali zahtevnost strojnega vezja, je dejanska klimatska enota RTD zasnovana le za uporabo instrumentnega ojačevalnika, nelinearna obdelava RTD pa izvaja MCU. izvedite. V mikro čipu je vgrajen tudi polprevodniški temperaturni senzor, ki zazna temperaturo znotraj zaščitnika, da preprečuje nadzorne napake zaradi pregrevanja sistema.
2.3 LCD zaslon
Za samostojno zaščitno zaščito motorja je potrebno nastaviti zaščitne parametre, prikazati trenutno stanje delovanja in prikazati vrsto napake, ko pride do okvare. Zato je za zaščito motorja potrebna enota za prikazovanje.
Zasnova sistema sprejme dotični matrični STN črno-beli zaslon s tekočimi kristali (LCD). V primerjavi s TFT barvnim LCD modulom ima prednosti širokega temperaturnega razpona, dolgo življenjsko dobo in berljivost pod močno svetlobo.
Vgrajeni krmilnik modula LCD uporablja vzporedni podatkovni komunikacijski vmesnik, vključno z podatkovnim vodilom, krmilnimi črkami za branje in pisanje, strogimi napravami in ponastavljenimi zatiči. V zasnovi sistema je večfunkcijski statični pomnilnik (FSMC) z uporabo čipa STM32F103xD priključen na LCD-modul.
Modul FSMC čipa STM32F je večfunkcijski statični pomnilnik, ki podpira statični pomnilnik (SRAM), NOR F1ash in PSRAM. Lahko podpira 8-bitni ali 16-bitni široki pomnilnik.
Čas dostopa LCD modula je enak kot pri SRAM-u, časovno konfiguracijo vmesnika tipa 8080 ali 6800 pa lahko nastavite z nastavitvenim zatičem. Slika 2 prikazuje električno povezavo med vmesnikom FSMC čipa STM32 in LCD-prikazovalnikom. LCD zaslon je vmesnik 8080 vmesnika.
2.4 Komunikacijsko vezje
Kontrolna struktura inteligentnega nadzornega centra za motorje (IMCC) je večinoma struktura porazdeljene omrežne vrste, pri kateri je centralni krmilnik odgovoren za načrtovanje in nadzor delovanja vseh motorjev. Odvisno od uporabljenega centralnega krmilnika (predvsem PLC-ja) so komunikacijski protokoli sistema MODBUS, Fieldbus in Ethernet. Najpogostejši od teh je protokol MODBUS. Fizični sloj protokola MODBUS je poldupleksno komunikacijsko omrežje, ki temelji na RS485, v katerem je zaščitni motor v suženjskem stanju.
Ker je zaščita motorja notranje ogrevana, je treba oddaljeno komunikacijo RS485 izolirati od glavnega vezja krmilnika. Za izolacijo sprejemnika RS485 je potrebno izolirati komunikacijski signal in napajanje oddajnika. Oblika komunikacijskega vmesnika zaščitnika motorja zahteva hitrost komunikacijske hitrosti do 57,6 kbps. Zato so za izoliranje komunikacijskih signalov potrebni visokohitrostni optični ali digitalni izolacijski čipi.
Digitalni izolacijski čip je nova vrsta naprave. Podjetja, kot so TI, ADI in Silicon Lab, so uvedla lastne patentirane digitalne izolacijske naprave, vendar so pinovi in pin funkcije vsakega čipa večinoma združljivi in jih je mogoče neposredno zamenjati. V primerjavi s tradicionalnimi optičnimi optičnimi napravami za visoke hitrosti imajo digitalne izolacijske naprave prednosti nizke porabe energije, visoke hitrosti prenosa, združljivosti s 3V / 5V sistemi in preprostimi perifernimi napravami. Dejansko priključno vezje je prikazano na sliki 3.
