安科瑞 鲍静君

摘要：本文介绍了种以ARM为核心的智能电动机保护器，设计了相关信号处理电路、显示电路、I/O控制电路及通信电路，编写了相关电动机故障?；に惴ㄈ砑?。市场应用表明，该电动机?；て髂芄槐Ｖさ缍目煽吭诵小?/p>

关键词：简易型；电动机?；て?；ARM

 0、引言

  随着电子技术的不断发展，电动机?；て髡胖悄芑?、数字化、综合化的方向发展。目前，市场上常规的综合型电动机?；て鞔蠖季弑噶吮冉掀肴谋；すδ埽寤洗?、安装不便且价格十分昂贵，这使得综合型电动机?；て鞯耐乒闶艿胶艽缶窒?。在采矿场所，受到现场空间限制，且只需要基本的电动机保护功能，为解决上述问题，研制种符合国家标准并且高性价比的电动机?；て骱苡斜匾?。本文以ARM为处理器，开发了款经济实用的简易型低压电动机保护器。

1、设计依据及功能

简易型低压电动机?；て靼ㄒ韵鹿δ埽?/p>

  （1）基本?；すδ埽憾舷?、启动超时、反时限过载、接地、三相不平衡、堵转、阻塞、短路、过压等?；すδ?，符合GB14048.4、GB14048.6等标准。

  （2）选配保护功能：可选配外部故障、漏电、定时限过载、欠载、欠压等保护功能，符合GB14048.4、GB14048.6等标准。

  （3）测量和通信功能：可测量三相电流、剩余电流、三相电压；具有RS485通信接口，采用Modbus通信协议，通信符合GBZ19582.1、GBZ19582.2标准。

  （4）DI/DO、变送输出功能：支持2路DI、4路DO；支持1路4~20mA变送输出。

  （5）安装方式：采用导轨安装或螺丝固定安装，3种额定电流规格分别为5A、25A、100A。

2、硬件方案

  简易型电动机?；て鞑捎玫统杀旧杓品桨福鱿低秤芍醒氪淼ピ?、电源模块、信号处理单元、按键?？?、显示?？?、I/O控制?？椤⒈渌褪涑瞿？椤⑼ㄑ赌？榈裙钩桑低秤布峁谷缤?所示。介绍了信号处理单元和控制?？?。

图1系统硬件结构图

2.1信号处理单元

  信号处理单元电路如图2所示，经过基准电压信号Vref将传感器检测的信号抬升，限定在0~3.3V信号内，输入中央处理单元，实现交流采样。为保证交流采样的精度，采用了分档处理交流信号的方式，在输入大信号时，信号经过抬升并滤波后直接进入CPU进行采样处理；在输入小信号时，信号抬升后需经过运算放大器信放大并滤波后进入CPU进行采样处理。

图2信号处理单元电路

2.2控制?？?/p>

  控制?？橛煽亓渴淙牒图痰缙魇涑龉钩??？亓渴淙氩捎帽；て髂诓刻峁┑?5V电源供电，并采用光耦隔离来增强开关量输入抗干扰性和满足?；て鞴て的脱沟囊?，开关量输入用于外部开关状态的监测。继电器输出采用性能稳定可靠、使用寿命长的继电器。继电器输出电路示意图如图3所示，为了增强抗干扰的要求，采用光耦进行隔离，ULN2003A可以输出500mA电流，可承受50V电压，内部集成的续流二极管为继电器线圈断电瞬间产生的较高感应电压提供了续流回路，继电器输出用于故障脱扣、故障报警和远程起动等信号的输出。

图3继电器输出电路

3、软件方案

  保护器的主程序流程图如图4所示，主要包括A/D采样、计算显示、基本保护、按键处理、I/O控制、变送输出及通信等程序。主程序采用?？榛杓?，具有可移植性强的特点。

图4主程序流程

  主程序经过初始化后，执行A/D采样程序。在A/D采样程序中对电动机三相电流、三相电压、剩余电流进行采样，采样周期结束后，根据采样得到的电动机三相电流值、三相电压值、剩余电流值计算当前电动机的电流值和电压值，随后判断当前电动机的运行状态，当电动机此时为运行状态时，执行电动机?；ぷ映绦?。

  在保护子程序中，根据采样计算得到的电流值电压值判断电动机是否有故障发生，若*发生则返回主程序，若有故障发生时，判断发生哪种类型电动机故障，执行相应的故障处理，并将故障类型在保护器界面上显示。

  ?；ぷ映绦蛑葱泻?，进入显示值计算子程序，计算三相电流、平均电流、三相电压及剩余电流等参数显示值。显示值计算子程序执行后，进入按键处理子程序，实现人机交互。

  按键处理子程序执行后，进入显示子程序。在没有按键处理时，显示电动机当前平均电流值；在有按键处理时，显示与按键功能相对应的参数值。当电动机发生故障时，显示相应故障码及故障报警脱口指示灯。

  显示子程序执行后，进入I/O控制程序，在电动机发生故障时，控制继电器输出常闭触点脱扣断开，切断电动机供电，使电动机停车。I/O控制程序执行后，进入变送输出子程序，可选择三相电流、平均电流、三相电压、频率中任参数转换成4~20mA模拟信号输出。

  变送输出子程序执行结束后，进入通信子程序。首先判断是否接收到上位机发送的命令数据，接收到命令数据后，根据标准Modbus协议判断命令中地址码是否为?；て鞅净刂?，若是本机地址，向上位机回送相应的参数数据。

4、应用实例

  某水泥厂由于水泥生产流程复杂，电动机装置数量较多，选用简易型电动机?；て骼炊韵殖〉缍璞附杏行П；?，既能使电动机充分发挥其过载能力，又能提高电力拖动系统的可靠性和生产过程的连续性。水泥厂采用?；て饔糜诘缍；た刂苹芈罚〈燃痰缙鞯茸魑缍墓乇；ず涂刂圃?，并且利用通讯技术，实现了水泥生产中电动机设备控制的自动化，使水泥厂大型设备的电动机得到了有效?；ず涂刂?。

5、结语

  随着电动机?；て鞯挠τ?，市场对产品的需求在不断地变化。针对市场对经济型电动机?；て鞯男枨?，研发了款经济实用的简易型电动机?；て?。简易型?；て魇且訟RM为核心的智能化、数字化电动机?；て?，对电动机发生起动超时、过载、断相、欠载、不平衡、堵转、阻塞、短路、过压、欠压等故障时进行实时保护，保证了工业设备能够安全可靠地运行。

  文章来源：《电气时代》2017年12期。

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