带PROFIBUS_DP接口的电机综合保护器设计

2011年第1期

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带PROFIBUS-DP接口的电机综合保护器设计

凌六一,黄友锐,曲立国

(安徽理工大学,安徽淮南232001)

中图分类号:TM359.6 文献标识码:E

文章编号:1004-7018(2011)01-0065-02

人机接口模块由按键输入和LCD菜单显示组成。与显示菜单结合,通过按键可以设定电机的各种运行参数,如额定电流、短路倍数、过载倍数、动作延时时间等。除此之外,PROFIBUS-DP的通信参数也是通过按键来设定,如设定总线通信波特率和站号;液晶显示LCD模块,通过菜单的形式完成对电机运行的当前状态、电压、电流、电机功率、以及各种设置参数等显示功能,当电机出现故障时,还可显示故障类型与时间。2.2模拟量输入模块

该模块由电流互感器、电压互感器、信号预处理电路和A/D转换电路组成,完成电机的电压、电流以及零序电压、零序电流采样。电压电流采样先经过互感器变成较小的信号,然后通过信号预处理电路滤波后再送到A/D转换器转换;信号预处理电路主要由运算放大器、电阻、电容和二极管组成,如图2所示;A/D转换器采用11个输入通道12位的串行A/D转换器TLC2543,单片机通过P1口模拟TLC2543的工作时序对其进行编程。采样零序电压和零序电流目的是实现漏电检测,根据零序电流有功分量基本原理,有功电流只流过故障线路,与非故障线路无关,因此,只要以零序电压作为参考

矢量,将此有关电流取出,便可检测出漏电故障。

0引 言

电机作为厂矿企业动力来源的必备设备,在实际使用中,由于过载、缺相、漏电等情况的发生,很容易造成电机的损坏,有时甚至还威胁到工作人员的生命安全。设计电机综合保护装置,在电机起动和运行过程中,实现电机上述故障的及时发现与处理,是保障电机安全运行与企业正常生产的一种有效措施。随着工业现场总线技术的成熟和推广,现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向,它一经产生便成为全球工业自动化技术的热点。随着现场总线的诞生,出现了一批集检测、运算、控制功能于一体的变送控制器;出现了带控制模块和具有故障信息显示的执行器,并由此大大改变了现有的设备维护管理方法,通过现场总线把电机综合保护器接入控制网络已成为可能,并具有极大的优越性。PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的现场总线之一[1],是经过优化的高速、廉价的通信连接,专为自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计,用于分布式控制系统的高速数据传输。研制带有PROFIBUS-DP接口的电机综合保护器,具有较大的现实意义。

1总体结构

为使电机综合保护器结构简单、工作可靠,采用模块化设计方法,带PROFIBUS-DP接口的电机综合保护器原理框图如图1所示。该保护器由键盘/显示电路、电压/电流采样与处理电路、故障输出与处理电路和PROFIBUS-DP接口电路等组成,整个系统采用单片机AT89C55WD为控制核心,配合外围电路完成对电机的各种保护和PROFIBU

S-DP通信功能。

2.3故障输出模块

该模块由报警发光二极管和蜂鸣电路组成。当电机出现过载、短路、缺相或漏电等故障时,该模块驱动相应的发光二极管显示,并进行蜂鸣报警,以提醒操作人员电机出现了故障,应及时采取适当措施进行处理,以防止事故发生。2.4故障判别原理

经过模拟量输入模块,采样电机的三相工作电流,通过判断电流的大小,即可判断电机是否出现过载、短路或缺相故障。一般地,当电机工作电流超过额定电流的1.2倍时,

图1 带PROFIBUS-DP接口的电机综合保护器原理框图

图2 信号预处理电路

就认为出现过载故障;当电机工作电流超过额定电流的3~6倍时,就认为出现短路故障。当然,过载电流和短路电流的大小可通过人机接口模块进行相应的整定,以满足不同的现场要求。如果系统检测到某相没有电流值,就认为出现了缺相故障;通过检测电机工作电压的大小,再与电机的过压值和欠压值进行比较,即可判断电机是否出现过欠压故障。

2电机综合保护系统

电机综合保护系统的控制核心采用AT89C55WD,它是一款高性能的CMOS8位单片机,完全可以满足系统要求。保护系统除控制核心外,还包括人机接口模块、模拟量输入模块和故障输出模块,可以实现电机的缺相、过载、短路、漏电等多种保护功能[2]。2.1人机接口模块

3PROFIBUS-DP接口

3.1接口硬件实现[3]

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PROFIBUS-DP接口为了实现简单、方便、省时和省力,达到快速提供产品的目的,系统采用了西门子公司的专用通信接口芯片SPC4来完成PROFIBUS-DP总线的协议工作。SPC4集成了PROFIBUS-DP的物理层和数据链路层的完整协议,能自动检测波特率(从9.6kb/s~12Mb/s),集成了1 5kB的双口RAM,它本身具有地址锁存功能和片选功能,上电后自动执行PROFIBUS-DP的从站状态机。PROFI BUS-DP接口电路如图3所示,主要由单片机、SPC4、高速光耦6N137、+5V电源隔离模块B0505S-1W和总线收发器SN75176组成。单片机通过P2、P0口,即总线方式对SPC4进行编程,通过对SPC4内部的双口RAM完成对SPC4的

初

始化和有关数据的交换。SPC4芯片的请求发送信号(RTS)、发送数据信号(TXD)、接收数据信号(RXD)通过高速光耦与总线收发器相连,构成串行总线接口。3.2

接口软件设计

由于SPC4内部集成了完整的PROFIBUS-DP

协议,

因此

AT89C55WD的主要任务是根据SPC4产生的中断,对SPC4接收到的主站发出的数据转存,组织要通过SPC4发给主站的数据,并根据要求组织外部诊断。PROFIBUS-DP接口程序包括SPC4初始化程序和具体的I/O应用程序两部分,其流程图如图4所示。

图4 PROFIBUS-DP接口软件流程图

4结 语

51系列单片机AT89C55WD内部

资源较丰富,用它作为电机综合保护器的核心,完全可以满足要求;采用专用通信接口芯片SPC4来设计PROFIBUS-DP接口,简化了开发流程、缩短了开发时间。电机综合保护器具有PROFIBUS-DP接口,使电机的远程监控变得简单易

图3 PROFIBUS-DP接口硬件电路图

行,容易实现电机的网络化管理。

术现状与发展[J].电工技术学报,2009,11(11):14-20.[4] KaewjindaW,KonghirunM.VectorControlDriveofPermanent

MagnetSychronousMotorUsingResolveSensor[J].ECTITrans actionsonElectricalEng.,Electronics,andCommunication,2007,5(1):134-138.

[5] 谢爱华,南余荣.永磁同步电动机无传感器技术的研究[J].微

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[6] EI-MurrG,GiaourisD,FinchJW.SensorlessSpeedEstimation

ogPMSMnearZeroSpeedUsingOnlineShortTimeFourierTrans formRidges[C]//ProceedingsoftheworldCongressonEngineer ing.2007,1:1-5.

(上接第57页)

矩成比例变化,且转矩脉动小,

转矩控制性能良好。

5结 语

本文根据永磁同步电动机的动态耦合关系,提出了一种基于模型参考自适应观测器算法,来估算面贴式永磁同步电动机转子位置的转子磁场定向的无位置传感器控制方法。仿真结果表明,模型参考自适应状态观测器能够在较高转速范围内追踪实际信号,实现对转子速度的观测,从而实现了无速度传感器磁场定向控制。通过仿真证明了所提方案的可行性。参考文献

[1] Mitr …… 此处隐藏：2793字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……