Motor, endüstriyel üretim alanında en önemli sürüş kaynağıdır. Motorun çalışma durumunu nasıl etkin bir şekilde izler, motor devresini korur, motorun çalışma süresini iyileştirir, motor arızasını azaltır ve tesisin genel şebekesinin çalışması için çok önemlidir.
Çok çeşitli motor koruma cihazları vardır. Şu anda, daha çok metal levha mekanik termal rölelere dayanmaktadır. Basit bir yapıya sahiptir ve motorun aşırı yüklenmesini korumak için ters zaman karakteristiğine sahiptir. Bununla birlikte, daha az koruma fonksiyonuna sahiptir, faz arıza korumasına sahip değildir ve motoru kötü havalandırma, süpürme, durma, uzun süreli aşırı yüklenme, sık sık başlatma vb. Durumlardan koruyamaz. Ayrıca, termik röle de kötü tekrarlanabilirlik, büyük akım aşırı yük veya kısa devre arızası, tekrar kullanılamaz, büyük ayar hatası, çevre sıcaklığından etkilenmemesi kolay, yanlış hareket veya reddetme, büyük güç tüketimi, sarf malzemeleri ve düşük performans göstergeleri.
Ulusal enerji koruma ve emisyon azaltma gereksinimlerine cevap olarak, mevcut termik rölelerin yerini almak için mikrodenetleyici tabanlı elektronik motor koruyucularının kullanımı geniş bir pazara sahiptir. Entegre zengin çevre birimlerine sahip STM32 serisi ARM çip, hızlı tepki, daha az ek yonga, basit üretim hata ayıklama, yüksek üretim ve sosyal fayda avantajlarına sahip çekirdek akıllı motor koruyucusu olarak tasarlanmıştır.
1 akıllı koruyucu fonksiyon ve donanım mimarisi
Motor çalışmasında ana arızalar şunlardır: başlatma zaman aşımı, aşırı yük, duraklama, faz kaybı, dengesizlik, aşırı ısınma, düşük yük, aşırı gerilim, düşük gerilim vb. Bu nedenle, akıllı koruyucunun motorun çalışma voltajını, çalışma akımını ve şasi sıcaklığını izlemesi gerekir. .
Aynı zamanda, motorun farklı tipleri, kapasiteleri ve yük tipleri nedeniyle, motor korumasının parametreleri de farklıdır, bu nedenle farklı motorlar için koruma parametrelerini ayarlayabilmek gerekir.
Ayrıca, akıllı koruma rölelerinin güncel popüler Akıllı Motor Kontrol Merkezinin (IMCC) ihtiyaçlarını karşılayabilmesi için, akıllı motor koruyucularının da ağ iletişim fonksiyonlarına sahip olması gerekmektedir.
Şekil 1, akıllı motor koruyucusunun donanım yapısının bir blok diyagramıdır.
2 sistem donanım tasarımı
2.1 MCU
MCU, motor koruyucunun temel parçasıdır ve veri toplama, veri işleme, çıkış kontrolü ve parametre ayarlarından sorumludur. İşte ST'nin en yeni STM32F103xD serisi ARM yongası.
Bu çip serisi ARM'nin 32-bit C0rtex M3'ü çekirdek olarak kullanır ve en yüksek frekans 72MHz'dir. Cortex çekirdeği tek döngülü bir donanım çarpma ve bölme birimine sahiptir, bu nedenle yüksek hızlı veri işleme için uygundur.
Bu çipin üç bağımsız dönüştürme çevrimi, minimum 1s yüksek hızlı analog-dijital dönüştürücü ve ayrı örnek ve tutma devrelerine sahip üç bağımsız dijital-analog dönüştürücüsü vardır, bu nedenle üç fazlı motor için uygundur kontrol, ızgara izleme ve çok parametreli araçlar. Ekipman kullanımı.
Yonga ayrıca beş adet eşzamansız seri arayüz, bir adet USB slave cihazı, bir adet CAN cihazı, I2C ve SPI modülleri içeren zengin bir iletişim ünitesi ile birlikte geliyor.
2.2 Analog alıcı birim
Motor koruyucunun esas olarak, motorun çalışma durumunu izlemek ve korumak için üç analog miktardaki akım, voltaj ve sıcaklık toplaması gerekir.
Çekirdek akım transformatörleri, Hall sensörleri ve şönt dirençler de dahil olmak üzere birçok akım sensörü vardır. Motor koruyucusuna bağlanan motor, birkaç kilowattlık bir motora sahiptir ve onlarca kilowatt'tır, bu nedenle motorun faz akımı çoğunlukla birkaç amperden birkaç onlarca ampere kadardır. Bu nedenle, akım trafosu, geniş ölçüm aralığı, küçük ısı üretimi ve yüksek izolasyon voltajı avantajlarına sahip olan akım toplama ünitesi olarak kullanılır. Aynı zamanda, işleme devresinin parametrelerini değiştirmeden, farklı oranlara sahip akım sensörü, motor koruyucunun mevcut algılama aralığını kolaylıkla değiştirebilir, böylece daha büyük kapasiteli motor koruması için rahatlıkla kullanılabilir.
Gerilim doğrudan direnç bölücü ile elde edilir, bu nedenle tüm motor kontrolörü ortak bir sistemdir. Direnç, yüksek empedanslı ve yüksek voltajlı bir direnç kullanır. Voltaj alıcı devresinin aşırı gerilim kapasitesini geliştirmek için, voltaj bölücü devresi, her dirençteki anma gerilimi düşüşünü azaltmak ve tüm dalı iyileştirmek için çok dirençli bir seri kullanır. En yüksek dayanma gerilimi.
Sıcaklık sensörü ortak bir platin direnç sensörü veya NTC termistörü kullanır ve ilgili termal direnç sinyali koşullandırma devresi koruyucu donanım üzerinde tasarlanmıştır. Termal direnç doğrusal olmayan bir cihaz olduğu için, sıcaklık toplama işlem kanalının doğrusal olmayan bir şekilde işlenmesi gerekir. Donanım devresinin karmaşıklığını azaltmak için, gerçek RTD koşullandırma ünitesi sadece bir enstrümantasyon amplifikatörünü kullanmak üzere tasarlanmıştır ve RTD'nin lineer olmayan işlemi MCU tarafından gerçekleştirilir. gerçekleştirmek. Sistemin aşırı ısınması nedeniyle kontrol hatalarını önlemek için, koruyucunun içindeki sıcaklığı tespit etmek için MCU çipine yerleşik bir yarı iletken sıcaklık sensörü de vardır.
2.3 LCD ekran
Bağımsız bir motor koruyucusu için, koruma parametrelerini ayarlayabilmek, mevcut çalışma durumunu gösterebilmek ve bir arıza meydana geldiğinde arıza tipini görüntüleyebilmek gerekir. Bu nedenle, motor koruyucu bir ekran birimi gerektirir.
Sistem tasarımı nokta matris STN siyah ve beyaz sıvı kristal ekran (LCD) modülünü benimser. TFT renkli LCD modülüyle karşılaştırıldığında, geniş sıcaklık aralığı, uzun ömür ve güçlü ışık altında okunabilirlik avantajlarına sahiptir.
LCD modülünün dahili kontrol ünitesi bir veri yolu, okuma ve yazma kontrol hatları, cihaz çakarları ve sıfırlama pimleri dahil olmak üzere paralel veri iletişim arayüzü kullanır. Sistem tasarımında, STM32F103xD yongasını kullanan çok fonksiyonlu statik bellek denetleyicisi (FSMC) LCD modülüne bağlanır.
STM32F çipinin FSMC modülü, statik belleği (SRAM), NOR F1ash ve PSRAM'ı destekleyen çok fonksiyonlu bir statik bellek denetleyicisidir. 8 bit veya 16 bit geniş belleği destekleyebilir.
LCD modülün erişim zamanlaması SRAM ile aynıdır ve 8080 veya 6800 tipi arayüz zamanlaması konfigürasyon pimi ile seçilebilir. Şekil 2'de STM32 çipinin ve LCD'nin FSMC arayüzü arasındaki elektrik bağlantısı gösterilmektedir. LCD, 8080 arayüz zamanlamasıdır.
2.4 Haberleşme devresi
Akıllı Motor Kontrol Merkezinin (IMCC) kontrol yapısı, çoğunlukla tüm motorların çalışmasını planlamak ve izlemek için merkezi bir kontrolörün sorumlu olduğu bir veriyolu tipi dağıtılmış ağ yapısıdır. Kullanılan merkezi kontrolöre bağlı olarak (çoğunlukla PLC), sistemin iletişim protokolleri MODBUS, Fieldbus ve Ethernet'dir. Bunlardan en yaygın olanı MODBUS protokolüdür. MODBUS protokolünün fiziksel katmanı, motor koruyucunun bir bağımlı durumda olduğu RS485'e dayalı yarı çift yönlü iletişim ağıdır.
Motor koruyucusu dahili olarak ısıtıldığı için, RS485 uzaktan iletişiminin kontrolörün ana devresinden yalıtılması gerekir. RS485 alıcı-vericisinin izolasyonu için, iletişim sinyalinin ve alıcı-vericinin güç kaynağının izole edilmesi gerekmektedir. Motor koruyucunun iletişim arabirimi tasarımı, 57,6 kbps'ye kadar bir iletişim baud hızı gerektirir. Bu nedenle, iletişim sinyallerini izole etmek için yüksek hızlı optokuplörler veya dijital izolasyon çipleri gereklidir.
Dijital izolasyon çipi yeni bir cihaz türüdür. TI, ADI ve Silicon Lab gibi firmalar kendi patentli dijital izolasyon cihazlarını tanıttılar, ancak her bir çipin pin paketleri ve pin fonksiyonları çoğunlukla uyumludur ve doğrudan değiştirilebilmektedir. Geleneksel yüksek hızlı optokuplörler ile karşılaştırıldığında, dijital izolasyon cihazları düşük güç tüketimi, yüksek iletim hızı, 3V / 5V sistemleriyle uyumluluk ve basit çevre birimleri avantajlarına sahiptir. Gerçek bağlantı devresi Şekil 3'te gösterilmiştir.
