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智能化JDB电动机综合保护器

字号+ 作者:admin 来源:未知 2010-05-05 11:34 我要评论( )

详细介绍了一种以单片机89C52和A/D采样芯片MAX197为核心的智能JDB电动机综合保护器。该保护器有三种型号分别为JDB80、JDB120、JDB225,具有短路、过载、断相、漏电等多种故障自动诊断及频率输出功能,从而达到了电动机保护智能化的要求。

 

智能化JDB电动机综合保护器
张玉红
(煤炭科学研究总院抚顺分院沈阳机电研究所,沈阳 110015)
摘 要:详细介绍了一种以单片机89C52和A/D采样芯片MAX197为核心的智能JDB电动机综合保护器。该保护器有三种型号分别为JDB80JDB120JDB225,具有短路、过载、断相、漏电等多种故障自动诊断及频率输出功能,从而达到了电动机保护智能化的要求。
关键词:电动机;单片机89C52;A/D采样芯片MAX197;智能化
中途分类号:TM32          文献标识码:B
 
Intelligent Electromotor M ultiple Protection
ZHANG Yu Hong
(Fushun Branch of CCRI, Shen Yang 110015)
AbstractThe paper introduces the intelligent multiple-protection equipment for electromotor in detail. The equipment takes MCU(89C52) and ADC(MAX197) as core parts, and it has three types with JDB80,JDB120 and JDB225. It can finish the functions of the frequency communication and automatic diagnosis of many kinds of failures, such as overload, short phase and short circuit. So it can meet the need of the intelligent protection for electromotor
Key wordsmotormicmpmcessor 89C52ADCMAX197intelligencemultiple protection
1引言
在现代化生产中,随着生产自动化水平的不断提高,对电动机的运行要求也越来越高。传统的电动机保护装置大多由分离元件或是集成电路组成的电子线路,由于器件和电路的原因,保护电路的可靠性和灵敏性都存在一些问题。随着科学技术的不断进步和工艺的不断完善,为满足自动化生产的要求,迫切需要开发和完善电动机的控制和保护设备,及时、有效、可靠地保护电动机对国民经济有着重要的意义。因此,开发一种性能稳定、保护种类齐全、动作速度快、灵敏度高、可靠性好、方便实用的综合电动机保护器是解决电动机保护问题的关键。随着电子技术的飞速发展,继电保护技术的智能化成为必然趋势。用单片机设计电动机保护装置已经成为可能。
本文介绍了基于单片机89C52和利用MAX197进行精确采样的电动机保护装置。该保护器运行可靠,能够及时检测到电动机运行时的短路、过载、漏电、断相等故障,并能根据故障的类型在不同的时间内给出响应信号,把故障信号通过频率的形式传送到上位机,便于及时发现和解决问题,待故障清除后将保护器复位即可进入正常工作状态。具有体积小、安装方便、功能选择性强和灵敏度高的特点。
2智能化JDB电动机综合保护器的功能特点
为了克服热继电器保护不可靠的问题,开发了一种以单片机89C52为核心的智能化电动机综合保护器,有三种型号分别为JDB80JDB120JDB225。该保护器采用了精确的MAX197进行采样,增加了频率输出,通过精确地检测电动机的工作电流并与设定值进行比较从而提供比传统热继电器更精确、更可靠、更高级、更完善的保护。其具有以下特点:
1)具有短路、过载、断相、漏电等电动机基本故障保护功能,其保护特性稳定、可靠。
2)增加了信号的频率输出口,实现远程编程、参数设定,使之成为可通信的新型电器产品,可分别用于计算机控制网络或分布式现场总线系统,成为保护及在线监测和管理系统。
3)整定电流线性整定,刻度盘上的标识按同等量、多格数、均匀布置。用户可根据电动机的额定电流大小进行设定,无需整定起动时间,一次设定成功,克服了目前国内外有些同类产品须带载调试的缺点,用户设定整定电流准确、方便。
4)产品价格低、性能好,具有很高的性价比。
5)体积小,安装尺寸与热继电器相同。
3智能化JDB电动机保护器的硬件设计
智能化JDB电动机综合保护器的硬件电路原理如图1所示。此原理图主要包括以下几部分:电流转换部分、A/D转换电路、单片机电路、复位电路、输出频率转换电路和继电器动作电路等组成。
为了及时获得电动机的运行情况,该保护器采用了三个电流互感器,对电流进行实时采集。电流信号通过互感器采样传到保护器,经过整流进入A/D转换芯片MAX197中,经过MAX197采样后将得到的电流值和整定电流获得基准电流值转换为数字量后一起送入单片机89C52中进行处理,通过实时采样将主回路的电流值与基准电流值进行比较输出,从而判断电动机的工作状态并将输出信号进入频率转换电路。MAX19712位的A/D采集芯片,有很高的精度,这是本电路采用它的主要原因,用来提高电动机保护器的精度。

 
当检测到电动机出现故障时,单片机触发继电器动作完成保护输出,并通过状态指示灯进行故障判断。避免电动机在故障状态重复起动,加剧电动机的损坏,当故障排除后,通过MAX813L复位芯片进行复位,实现重新启动。保护器上安装的指示灯分别用来作为保护器的工作电源指示和电动机故障指示。
4智能化JDB电动机保护器的软件设计
系统的软件结构流程图如图2所示。从图中可以看到新型电动机保护器对故障保护的整个流程。在软件的设计过程中充分考虑软件的抗干扰技术,采用了看门狗技术,同时采用了软件的冗余技术。
软件设计部分包括个主要程序模块。
第一个模块是初始化模块,包括对89C52的初始化,如I/O口、定时器、中断的优先级、A/D转换、采样保持器等;
第二个模块是信号处理模块,主要包括数据采集、数字滤波、有效值计算等,通过检测获得电动机运行状态,单片机完成各种故障的分析判别;
第三个模块是监控及故障处理模块,主要完成电动机监控、故障显示和跳闸处理;
第四个模块是频率输出处理模块,主要是将实际情况采用频率信号输送到上位机显示,为通讯做准备工作。

 

 


其中数据采集信号处理模块是该系统软件设计的重点,它关系到系统的稳定性及保护的准确性,以下将重点介绍该模块。在系统工作过程中由于各种干扰导致采集数据不准确,因此有必要对采集的数据采用软件滤波,即对被测量连续采样N次,去掉一个最大值和一个最小值,然后求得剩余(N-2)个数的算术平均值作为有效采样值。去掉一个最大值和一个最小值可以克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。利用算术平均滤波法滤波时,所用的采样点越多,即N越大,平滑程度会越好,但灵敏度较差,所以本系统的N值取16。下面是采样程序流程图如图3所示。
 

 

 

 

在过载保护的选择上,根据国家标准对不同级别的过载通过对保护时动作时间的长短加以区分。本流程主要采用了热量累计的方法来控制过载动作时间,这样过载保护能更接近电动机的实际的运行情况,充分发挥电动机的过载能力,又能可靠地保护电动机。
本程序设计通过精确计算和分析,保证各程序模块的运行时间在给定时间中有效完成,从而防止了程序运行溢出或过多空闲。
5小结
该电动机保护器已研制出成品,通过大量实验及试用证明,该产品对电动机运行中出现的短路、过载、断相、漏电等故障有很灵敏的保护作用,运行参数与故障类型可由LCD显示出来。通过串行接口可以实现与上位机的通讯,满足了当前信息化与网络化的要求,使得该系统更加经济实用。
参考文献:
[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社,1996
[2]胡伟,季晓衡.单片机C程序设计及应用实例.人民邮电出版社,2003.
[3] 李占平,王明星,李建书.智能电动机综合保护器.煤炭技术,2006年第4期.

 

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