El motor és la font de conducció més important en el camp de la producció industrial. Com controlar de manera efectiva l'estat de funcionament del motor, protegir el circuit del motor, millorar el temps de funcionament del motor, reduir la falla del motor i és fonamental per al funcionament de la xarxa global de la planta.
Hi ha molts tipus de dispositius de protecció motora. Actualment, s'utilitza més freqüentment a partir dels relés tèrmics mecànics de plaques metàl·liques. Té una estructura senzilla i té característiques de temps invers per protegir la sobrecàrrega del motor. No obstant això, té menys funcions de protecció, no hi ha protecció contra falles de fase, i no pot protegir el motor per la falta de ventilació, brooming, estancament, sobrecàrrega a llarg termini, arrencada freqüent, etc. A més, el relé tèrmic també presenta defectes com ara una baixa capacitat de repetició, sobrecàrrega de corrent gran o curtcircuit, no es pot tornar a utilitzar, un error d'ajust gran, fàcil de veure afectat per la temperatura ambiental, el desplaçament o la negativa, el consum d'energia, els consumibles i els indicadors de baix rendiment.
En resposta als requeriments nacionals de conservació i reducció d'emissions, l'ús de protectors electrònics basats en microcontroladors per reemplaçar els relés tèrmics existents té un ampli mercat. El xip ARM de la sèrie STM32 amb perifèrics rics integrats està dissenyat com el protector motriu intel ligent bàsic, que té els avantatges de la resposta ràpida, menys xips addicionals, depuració de producció simple, alta producció i beneficis socials.
1 funció de protecció intel·ligent i arquitectura de maquinari
Les falles principals en l'operació del motor inclouen: temps d'espera inicial, sobrecàrrega, parada, pèrdua de fase, desequilibri, sobreescalfament, sobrecàrrega, sobretensió, subtensió, etc. Per tant, el protector intel·ligent necessita controlar la tensió de funcionament, el corrent de funcionament i la temperatura del xassís del motor .
Al mateix temps, a causa dels diferents tipus, capacitats i tipus de càrrega del motor, els paràmetres de la protecció del motor també són diferents, per la qual cosa és necessari poder configurar els paràmetres de protecció per a diferents motors.
A més, per tal que els relés de protecció intel·ligents puguin satisfer les necessitats del popular Centre Intel·ligent de Control de Motors (IMCC), els protectors intel ligents del motor també necessiten tenir funcions de comunicació de xarxa.
La figura 1 és un diagrama de blocs de l'estructura del maquinari del protector motor intel·ligent.
2 disseny del maquinari del sistema
2.1 MCU
La MCU és la part central del protector del motor i és responsable de l'adquisició de dades, processament de dades, control de sortida i configuració de paràmetres. Aquí hi ha el xip ARM de la sèrie STM32F103xD de ST.
Aquesta sèrie de fitxes utilitza el M3 C0rtex M3 de 32 bits d'ARM com a nucli, i la freqüència més alta és de 72MHz. El nucli de Cortex té una unitat de multiplicació i divisió de maquinari de cicle únic, pel que és adequat per al processament de dades d'alta velocitat.
El xip té tres cicles de conversió independents, un mínim de convertidor analògic a digital d'alta velocitat 1s i tres convertidors independents de digital a analògic amb circuits independents de mostreig i manteniment, per la qual cosa és especialment indicat per a motors trifàsics control, control de quadrícules i instruments multiparamètrics. Ús d'equips.
El xip també inclou una gran unitat de comunicació, que inclou fins a cinc interfícies seriades asíncrones, un dispositiu esclau USB, un dispositiu CAN, mòduls I2C i SPI.
2.2 Unitat d'adquisició analògica
El protector del motor necessita principalment recollir tres quantitats analògiques de corrent, tensió i temperatura per controlar i protegir l'estat de funcionament del motor.
Hi ha molts tipus de sensors actuals, inclosos els transformadors de corrent de corrent, els sensors Hall i les resistències de derivació. El motor connectat al protector del motor té principalment un motor de diversos quilowatts a diverses desenes de quilowatts, de manera que el corrent de fase del motor és principalment de diversos amperes a diverses desenes d'amperes. Per tant, el transformador actual s'utilitza com a unitat de recollida actual, que té els avantatges d'un ampli rang de mesura, generació de calor reduït i alt voltatge d'aïllament. Al mateix temps, sense canviar els paràmetres del circuit de processament, el sensor actual amb diferents proporcions pot canviar fàcilment el rang de detecció actual del protector del motor, de manera que es pugui utilitzar convenientment per a una protecció del motor de major capacitat.
La tensió s'obté directament mitjançant un divisor de resistència, de manera que el controlador del motor complet és un sistema comú. La resistència utilitza una resistència tipus alta impedància i alta tensió. Per millorar la capacitat d'sobretensió del circuit d'adquisició de tensió, el circuit divisor de tensió utilitza una sèrie de resistències múltiples per reduir la caiguda de tensió nominal en cada resistència i millorar la branca sencera. La tensió de resistència més alta.
El sensor de temperatura utilitza un sensor de resistència platí comú o un termistor NTC, i el corresponent circuit de condicionament de senyal de resistència tèrmica està dissenyat en el maquinari protector. Atès que la resistència tèrmica és un dispositiu no lineal, el canal de processament de l'adquisició de temperatura ha de ser processat de forma no lineal. Per reduir la complexitat del circuit de maquinari, la unitat de condicionament RTD real només està dissenyada per utilitzar un amplificador d'instrumentació, i el processament no lineal de la RTD és realitzat per la MCU. dur a terme. També hi ha un sensor de temperatura semiconductora incorporat al xip MCU per detectar la temperatura dins del protector per evitar errors de control deguts al sobreescalfament del sistema.
2.3 Pantalla LCD
Per a un protector de motor autònom, és necessari poder configurar els paràmetres de protecció, mostrar l'estat de funcionament actual i mostrar el tipus de falla quan es produeixi un error. Per tant, el protector del motor requereix una unitat de visualització.
El disseny del sistema adopta la matriu de punts STN mòdul de pantalla de cristall líquid blanc i negre (LCD). Comparat amb el mòdul TFT de color LCD, té els avantatges d'un ampli rang de temperatura, llarga durada i llegible sota una forta llum.
El controlador integrat del mòdul LCD utilitza una interfície de comunicació de dades paral·lela, que inclou línies de control de lectura, escriptura i escriptura, dispositius de dispositius i pins de restauració. En el disseny del sistema, el controlador de memòria estàtica multifunció (FSMC) que utilitza el xip STM32F103xD està connectat al mòdul LCD.
El mòdul FSMC del xip STM32F és un controlador de memòria estàtica multifunció que admet la memòria estàtica (SRAM), NOR F1ash i PSRAM. Pot suportar memòria ampla de 8 bits o 16 bits.
El timing d'accés del mòdul LCD és el mateix que el de la SRAM, i el pin de configuració pot seleccionar la sincronització de la interfície del tipus 8080 o 6800. La figura 2 mostra la connexió elèctrica entre la interfície FSMC del xip STM32 i la pantalla LCD. El LCD aquí és el temps d'interfície 8080.
2.4 Circuit de comunicació
L'estructura de control del Centre de control intel·ligent del motor (IMCC) és principalment una estructura de xarxa distribuïda per bus, en la qual un control central és responsable de planificar i controlar el funcionament de tots els motors. Segons el control central utilitzat (principalment PLC), els protocols de comunicació del sistema són MODBUS, Fieldbus i Ethernet. El més comú d'aquests és el protocol MODBUS. La capa física del protocol MODBUS és una xarxa de comunicació semidúplex basada en RS485, en què el protector del motor està en estat esclau.
Atès que el protector del motor està escalfat internament, la comunicació remota RS485 s'ha d'aïllar del circuit principal del controlador. Per a l'aïllament del transceptor RS485, cal aïllar el senyal de comunicació i la font d'alimentació del transceptor. El disseny de la interfície de comunicació del protector del motor requereix una velocitat de transmissió de fins a 57.6 kbps. Per tant, es necessiten optoacoplants d'alta velocitat o xips d'aïllament digital per aïllar els senyals de comunicació.
El xip d'aïllament digital és un nou tipus de dispositiu. Empreses com IT, ADI i Silicon Lab han introduït els seus propis dispositius d'aïllament digital patentats, però els paquets pin i les funcions de pin de cada xip són majoritàriament compatibles i es poden reemplaçar directament. En comparació amb els optoacopladores d'alta velocitat tradicionals, els dispositius d'aïllament digital tenen avantatges de baix consum, alta velocitat de transmissió, compatibilitat amb sistemes 3V / 5V i perifèrics simples. El circuit de connexió real es mostra a la figura 3.
