Motor je najvažniji izvor vožnje u području industrijske proizvodnje. Kako učinkovito pratiti radno stanje motora, zaštititi krug motora, poboljšati vrijeme rada motora, smanjiti kvar motora i bitno je za rad ukupne mreže postrojenja.
Postoje mnoge vrste uređaja za zaštitu motora. Trenutačno se uobičajeno koristi na temelju mehaničkih termalnih releja metalne ploče. Ima jednostavnu strukturu i ima inverzne vremenske karakteristike u zaštiti preopterećenja motora. Međutim, ima manje zaštitnih funkcija, nema zaštitu od faza i ne može štititi motor od slabe ventilacije, guranja, zastoja, dugotrajnog preopterećenja, čestog stavljanja u pogon itd. Pored toga, termalni relej također ima nedostatke kao što su ne mogu se ponovno upotrijebiti, velika pogreška prilagodbe, lako utječe temperatura okoline, pogrešno kretanje ili odbijanje, velika potrošnja energije, potrošni materijal i loši pokazatelji performansi.
Kao odgovor na nacionalne zahtjeve za očuvanje energije i smanjenje emisije, uporaba elektroničkih motornog zaštitnika na temelju mikrokontrolera za zamjenu postojećih termalnih releja ima široko tržište. ARM čip s STM32 serijom s integriranim bogatim perifernim uređajima dizajniran je kao jezgra inteligentnog motornog zaštitnika koji ima prednosti brzog odziva, manje dodatnih čipova, jednostavno izvođenje pogrešaka u proizvodnji, visoku proizvodnju i socijalne beneficije.
1 inteligentna funkcija zaštitnika i arhitektura hardvera
Glavni kvarovi u radu motora su: start timeout, overload, štala, gubitak faze, neravnoteža, pregrijavanje, pretovar, prenaponsku napetost, podnapon itd. Stoga pametni zaštitnik mora pratiti radni napon, radnu struju i temperaturu kućišta motora ,
Istovremeno, zbog različitih tipova, kapaciteta i tipova opterećenja motora, parametri zaštite motora također su različiti, stoga je potrebno postaviti parametre zaštite za različite motore.
Nadalje, kako bi se omogućili inteligentni zaštitni releji koji zadovoljavaju potrebe trenutno popularnog inteligentnog upravljačkog centra motora (IMCC), inteligentni zaštitnici motora također trebaju imati funkcije mrežne komunikacije.
Slika 1 je blok dijagram hardverske strukture inteligentnog zaštitnika motora.
2 sustav hardverskog dizajna
2.1 MCU
MCU je središnji dio zaštitnika motora i odgovoran je za prikupljanje podataka, obradu podataka, kontrolu izlaza i postavljanje parametara. Ovdje je ST najnoviji ARM čip STM32F103xD serije.
Ova serija čipova koristi ARM 32-bitni C0rtex M3 kao jezgru, a najviša frekvencija je 72MHz. Cortex jezgra ima jedinicu ciklusa za umnožavanje i podjelu hardvera, pa je prikladna za brzi obradu podataka.
Čip ima tri nezavisna ciklusa pretvorbe, najmanje 1s analogni-digitalni pretvarač velike brzine i tri neovisna digitalno-analogna pretvarača s odvojenim krugovima uzorka i držanja, pa je posebno prikladan za trofazni motor kontrolu, praćenje mreže i instrumente s više parametara. Korištenje opreme.
Čip također dolazi s bogatom komunikacijskom jedinicom, uključujući do pet asinkronih serijskih sučelja, jednog USB robnog uređaja, jednog CAN uređaja, I2C i SPI modula.
2.2 Jedinica za analogno snimanje
Zaštitnik motora uglavnom treba prikupiti tri analogne količine struje, napona i temperature za praćenje i zaštitu radnog stanja motora.
Postoje mnoge vrste strujnih senzora, uključujući strujne transformatore strujnog kruga, Hallove senzore i otpornike za skretanje. Motor spojen na zaštitnik motora uglavnom ima motor od nekoliko kilovata do nekoliko desetaka kilovata, pa je fazna struja motora uglavnom od nekoliko ampera do nekoliko desetaka ampera. Stoga se strujni transformator koristi kao trenutna sabirna jedinica koja ima prednosti širokog raspona mjerenja, malu proizvodnju topline i visoki napon izolacije. Istodobno, bez mijenjanja parametara sklopa za obradu, trenutni senzor s različitim omjerima može lako mijenjati trenutni raspon detekcije zaštitnika motora, tako da se jednostavno može koristiti za zaštitu motora veće snage.
Napon se dobiva izravno pomoću razdjelnika otpornika, tako da je cijeli motor kontroler zajednički sustav. Otpornik koristi otpornik velike impedancije i visokog napona. Da bi se poboljšala sposobnost napajanja strujnog kruga napajanja, krug razdjelnika napona koristi seriju s više otpornika kako bi se smanjio pad napona preko svakog otpornika i poboljšala cijelu granu. Najviši napon podnožja.
Temperaturni senzor upotrebljava zajednički senzor otpornosti na platinu ili NTC termistar, a odgovarajući krug za kondicioniranje signala toplinskog otpora dizajniran je na zaštitnom hardveru. Budući da je toplinski otpor nelinearni uređaj, kanal za obradu procesa pripreme temperature mora biti nelinearno obrađen. Da bi se smanjila složenost hardverskog sklopa, stvarna RTD uređajna jedinica je dizajnirana samo za korištenje instrumentacijskog pojačala, a nelinearna obrada RTD vrši MCU. provesti. Tu je i senzor temperature poluvodiča ugrađen u MCU čip za otkrivanje temperature unutar zaštitnika kako bi se spriječile kontrole greške zbog pregrijavanja sustava.
2.3 LCD zaslon
Za samostalni zaštitnik motora potrebno je postaviti sigurnosne parametre, prikazati trenutni radni status i prikazati vrstu kvara pri nastupanju greške. Stoga zaštitnik motora zahtijeva zaslonsku jedinicu.
Dizajn sustava usvaja maticnu matricu STN crno-bijeli LCD zaslon (LCD). U usporedbi s TFT LCD modulom u boji, ima prednosti širokog raspona temperature, dugog vijeka trajanja i čitanja pod jakim svjetlom.
Ugrađeni kontroler LCD modula koristi paralelno sučelje za prijenos podataka, uključujući podatkovnu sabirnicu, čitanje i pisanje upravljačkih vodova, naprava za uređaje i resetiranje igala. U dizajnu sustava, višenamjenski regulator statičke memorije (FSMC) pomoću čipa STM32F103xD priključen je na LCD modul.
FSMC modul čipova STM32F je višenamjenski regulator statičke memorije koji podržava statičku memoriju (SRAM), NOR F1ash i PSRAM. Može podržati 8-bitnu ili 16-bitnu široku memoriju.
Vrijeme pristupa LCD modulu je isto kao i SRAM, a vremensko sučelje tipa 8080 ili 6800 može se odabrati pomoću tipke za konfiguriranje. Slika 2 prikazuje električnu vezu između FSMC sučelja čipova STM32 i LCD zaslona. LCD ovdje je vrijeme sučelja 8080.
2.4 Komunikacijski krug
Upravljačka struktura Inteligentnog upravljačkog centra motora (IMCC) uglavnom je distribuirana mrežna struktura sabirnice u kojoj je središnji regulator odgovoran za raspoređivanje i praćenje rada svih motora. Ovisno o centralnom kontroleru koji se koristi (uglavnom PLC), komunikacijski protokoli sustava su MODBUS, Fieldbus i Ethernet. Najčešći od njih je MODBUS protokol. Fizički sloj MODBUS protokola je polu-duplex komunikacijska mreža koja se temelji na RS485, u kojem je zaštitnik motora u stanju slave.
Budući da je zaštitnik motora unutarnji grijan, RS485 daljinsku komunikaciju treba izolirati od glavnog kruga regulatora. Za izolaciju RS485 primopredajnika potrebno je izolirati komunikacijski signal i napajanje primopredajnika. Dizajn komunikacijskog sučelja zaštitnika motora zahtijeva brzinu komuniciranja do 57,6 kbps. Stoga su potrebni high-speed optocouplers ili digitalni čipovi izolacije za izoliranje komunikacijskih signala.
Digitalni čip za izolaciju je nova vrsta uređaja. Tvrtke kao što su TI, ADI i Silicon Lab uveli su svoje vlastite patentirane digitalne izolacijske uređaje, ali paketi i pinovi funkcija svakog čipa uglavnom su kompatibilni i mogu se izravno zamijeniti. U usporedbi s tradicionalnim visokoučinkovitim optocouplerima, digitalni izolacijski uređaji imaju prednosti niske potrošnje energije, visoku brzinu prijenosa, kompatibilnost s 3V / 5V sustavima i jednostavnim perifernim uređajima. Stvarni spojni krug prikazan je na slici 3.
