Mootor on tööstusliku tootmise valdkonna kõige olulisem juhtimisallikas. Kuidas tõhusalt jälgida mootori töökorras olekut, kaitsta mootori ahelat, parandada mootori tööaega, vähendada mootori rike ja on kriitilise tähtsusega kogu tehase üldvõrgu töös.
Mootorikaitse seadmeid on palju. Praegu kasutatakse seda sagedamini metallplaadi mehaaniliste termiliste releede baasil. See on lihtsa struktuuriga ja mootori ülekoormuse kaitsel on pööratud aja näitajad. Kuid sellel on vähem kaitsefunktsioone, puudub faaside rikkekaitse ja mootor ei suuda kaitsta halvasse ventilatsiooni, vilkuvat, seiskamist, pikaajalist ülekoormust, sagedast käivitamist jne. Lisaks on termilülitusel puudused nagu halva korratavuse, suure voolu ülekoormuse või lühise süüdega, ei saa uuesti kasutada, suured reguleerimisvigad, mida saab hõlpsasti mõjutada keskkonnatemperatuur, vale liikumine või keeldumine, suur elektritarbimine, tarbekaubad ja halvad tulemusnäitajad.
Vastuseks siseriiklikele energiasäästu ja heitkoguste vähendamise nõuetele on mikrokontrolleri baasil asuvate elektrooniliste mootorikaitsmete kasutamine praeguste soojusreleede asendamiseks lai turg. Integreeritud rikkalike välisseadmetega STM32 seeria ARM-kiip on kavandatud kui intelligentne mootorikaitsja, mille eelised on kiire reageerimine, vähem lisakipsusid, lihtsad tootmisprobleemid, suured tootmised ja sotsiaalsed eelised.
1 intelligentne kaitsja funktsioon ja riistvara arhitektuur
Mootori käitamise peamised rikked on järgmised: start timeout, overload, stall, faasikadu, tasakaalustamatus, ülekuumenemine, alakoormus, ülepinge, alapinge jne. Seega peab nutikas kaitsel jälgima mootori tööpinget, töövoolu ja šassii temperatuuri .
Samas on mootori eri tüüpide, võimsuste ja koormustüüpide tõttu erinevad ka mootori kaitse parameetrid, mistõttu on vaja erinevate mootorite kaitseparameetreid.
Veelgi enam, intelligentsed kaitsereleed peavad vastama praegu populaarse intelligentse mootori juhtimiskeskuse (IMCC) vajadustele, peavad ka intelligentsed mootorikaitsmed omama võrgu sidefunktsioone.
Joonis fig 1 on intelligentse mootorikaitse riistvarasüsteemi plokkskeem.
2 süsteemi riistvara disain
2.1 MCU
Mootorikaitse on mootorikaitsme põhiosa ning vastutab andmete kogumise, andmetöötluse, väljundkontrolli ja parameetrite seadmise eest. Siin on ST-i uusim STM32F103xD seeria ARM-kiip.
See kiibi seeria kasutab ARM-i 32-bitise C0rtex M3 südamikku ja kõige sagedamini 72MHz. Cortexi tuumik on ühe tsükliga riistvara korrutamine ja jagamine, seega sobib see kiire andmeedastuseks.
Kiipil on kolm sõltumatut muundamistsüklit, minimaalselt 1s kiire analoog-digitaalmuundurit ja kolm sõltumatut digitaal-analoogmuundurit, millel on eraldi proovivõtu- ja hoidmisahelad, mistõttu see sobib eriti kolmefaasilise mootoriga kontroll, võrgu seire ja multiparameetrid. Seadmete kasutamine.
Kiip sisaldab ka rikkalikku sideüksust, mis sisaldab kuni viis asünkroonse seeria liidest, ühte USB-alamseadet, üht CAN-seadet, I2C-d ja SPI-mooduleid.
2.2 Analoogsisalduse seade
Mootorikaitse peab peamiselt koguma kolme analoogkogust voolu, pinge ja temperatuuri, et jälgida ja kaitsta mootori töörežiimi.
Praeguste andurite tüüpi on palju, kaasa arvatud tuumikvoolu transformaatorid, Halli andurid ja šunttakistid. Mootorikaitsmega ühendatud mootoril on mitu kilovatitit mitu kuni kümneid kilovatti, mistõttu on mootori faasivool peamiselt mitmest ampest kuni kümneteni amprites. Seetõttu kasutatakse voolutrafot praeguse kogumisseadmega, millel on eelised lai mõõtmisvahemik, väike soojusenergia ja kõrge isolatsioonpinge. Samal ajal, ilma töötlemisahela parameetreid muutmata, saab erineva suhtega vooluandur hõlpsasti muuta mootori kaitseseadistust, nii et seda saaks mugavalt kasutada suurema võimsusega mootorikaitse jaoks.
Pinget saab otse takistijagaja, seega on kogu mootorikontroller tavaline süsteem. Takisti kasutab kõrge impedantsi ja kõrgepinge tüüpi takisti. Pingekogumisahela ülepinge võimekuse parandamiseks kasutab pingejagaja ahelat mitme takistiga seeriat, et vähendada iga takisti jaoks nimipinget ja parandada kogu haru. Kõrgeim taluv pinge.
Temperatuuriandur kasutab ühist plaatina-takistuse andurit või NTC termistorit ja vastav soojustakistuse signaali konditsioneerimine on projekteeritud kaitseseadmele. Kuna soojustakistus on mittelineaarne seade, tuleb temperatuuri saamise töötlemise kanalit mittelineaarselt töödelda. Rattaahela keerukuse vähendamiseks on tegelik RTD konditsioneerimisseade kavandatud vaid mõõteaparaadi kasutamiseks ja RTD mittelineaarne töötlemine toimub MCU poolt. läbi viima. MCU-kiibi sisseehitatud pooljuhttemperatuuri andur on sisse lülitatud kaitseseadme temperatuuri tuvastamiseks, et vältida süsteemi ülekuumenemise põhjustatud juhtimisvigu.
2.3 LCD ekraan
Eraldi mootorikaitse jaoks peab olema võimalik määrata kaitseparameetreid, kuvada praegune töörežiim ning näidata rikke tüüp rikke korral. Seetõttu vajab mootorikaitse näidikut.
Süsteemi disain võtab vastu punkt-maatriksi STN mustvalge vedelkristallekraani (LCD) mooduli. Võrreldes TFT värvilise LCD-mooduliga on see eelis laia temperatuurivahemiku, pika eluea ja loetavuse valguses.
LCD-mooduli sisseehitatud kontroller kasutab paralleelset andmesideliidet, sealhulgas andmebussi, lugemis- ja kirjutamisjuhiseid, seadme tõkkeid ja nullitud nööpnõela. Süsteemi kujundamisel on LCD-moodulile ühendatud STM32F103xD-kiibi kasutav multifunktsionaalne staatiline mälu kontroller (FSMC).
STM32F kiibi FSMC moodul on staatiline mälu (SRAM), NOR F1ash ja PSRAM toetav multifunktsionaalne staatiline mälu kontroller. See võib toetada 8-bitine või 16-bitine lai mälu.
LCD-mooduli ligipääsu ajastus on sama kui SRAM-i puhul, ja 8080 või 6800 tüüpi liidese ajastust saab valida konfiguratsiooniklemmiga. Joonisel 2 on kujutatud elektriline ühendus STM32 kiibi FSMC liidese ja LCD vahel. LCD-ekraan on 8080 liidese ajastus.
2.4. Sideahel
Intelligentse mootorikeskuse juhtimiskeskuse (IMCC) juhtimisstruktuur on enamasti bussi tüüpi hajutatud võrgu struktuur, mille kesksüsteem vastutab kõigi mootorite töö planeerimise ja jälgimise eest. Sõltuvalt kasutatavast keskjuhtimissüsteemist (peamiselt PLC-st) on süsteemi sideprotokollid MODBUS, Fieldbus ja Ethernet. Kõige tavalisem neist on MODBUS-protokoll. MODBUS-protokolli füüsiline kiht on RS-485-ga põhinev poolduplekssidevõrk, milles mootorikaitse on alluvas olekus.
Kuna mootorikaitse on seestpoolt kuumutatud, tuleb RS485 kaugsideühendust kontrollerist põhiseadmest eraldada. RS485 transiiveri eraldamiseks tuleb eraldada side signaal ja transiiveri toide. Mootorikaitsme kommunikatsiooniliidese konstruktsioon nõuab sideühenduse kiirust kuni 57,6 kbps. Seetõttu on side signaalide eraldamiseks vaja kiiret optronit või digitaalset isolatsioonimaterjali.
Digitaalse isolatsiooni kiip on uut tüüpi seade. Sellised firmad nagu TI, ADI ja Silicon Lab on kasutusele võtnud oma patenteeritud digitaalsed isoleerimisseadmed, kuid iga kiibi pin-pakk ja pin-funktsioonid on enamasti ühilduvad ja neid saab vahetult vahetada. Võrreldes traditsiooniliste kiire optroniseadmetega, on digitaalsete isolatsiooniseadmete eeliseks madal energiatarve, kõrge edastuskiirus, ühilduvus 3V / 5V süsteemidega ja lihtsad välisseadmed. Tegelik ühendustsüklit on kujutatud joonisel 3.
