Ο κινητήρας αποτελεί τη σημαντικότερη πηγή οδήγησης στον τομέα της βιομηχανικής παραγωγής. Πώς να παρακολουθείται αποτελεσματικά η κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα, να προστατεύεται το κύκλωμα του κινητήρα, να βελτιώνεται ο χρόνος λειτουργίας του κινητήρα, να μειώνεται το σφάλμα του κινητήρα και είναι κρίσιμος για τη λειτουργία του συνολικού πλέγματος της εγκατάστασης.
Υπάρχουν πολλά είδη διατάξεων προστασίας κινητήρα. Επί του παρόντος, χρησιμοποιείται συνηθέστερα με βάση μηχανικά θερμικά ρελέ μεταλλικών πλακών. Έχει απλή δομή και έχει αντίστροφα χαρακτηριστικά χρόνου για την προστασία του κινητήρα από υπερφόρτωση. Ωστόσο, έχει λιγότερες λειτουργίες προστασίας, δεν προστατεύει την αποτυχία φάσης και δεν μπορεί να προστατεύσει τον κινητήρα από τον ανεπαρκή αερισμό, το ξεφλούδισμα, το σταμάτημα, τη μακροπρόθεσμη υπερφόρτωση, την συχνή εκκίνηση κλπ. Επιπλέον, ο θερμικός ηλεκτρονόμος παρουσιάζει επίσης ελαττώματα όπως χαμηλή επαναληψιμότητα, μεγάλη υπερφόρτωση ρεύματος ή σφάλμα βραχυκυκλώματος, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ξανά, μεγάλο σφάλμα προσαρμογής, εύκολο να επηρεαστεί από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, εσφαλμένη κίνηση ή απόρριψη, μεγάλη κατανάλωση ενέργειας, αναλώσιμα και κακές ενδείξεις απόδοσης.
Ως απάντηση στις εθνικές απαιτήσεις εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των εκπομπών, η χρήση ηλεκτρονικών μηχανισμών προστασίας από κινητήρες με μικροελεγκτή για την αντικατάσταση υπαρχόντων θερμικών ρελέ έχει μια ευρεία αγορά. Το τσιπ ARM της σειράς STM32 με ενσωματωμένα πλούσια περιφερειακά έχει σχεδιαστεί ως το βασικό ευφυές προστατευτικό κινητήρα, το οποίο έχει τα πλεονεκτήματα της γρήγορης απόκρισης, λιγότερων πρόσθετων τσιπ, απλό σφάλμα στην παραγωγή, υψηλή παραγωγή και κοινωνικά οφέλη.
1 έξυπνη λειτουργία προστασίας και αρχιτεκτονική υλικού
Οι κύριες βλάβες στη λειτουργία του κινητήρα περιλαμβάνουν: χρονικό όριο εκκίνησης, υπερφόρτιση, στάση, απώλεια φάσης, έλλειψη ισορροπίας, υπερθέρμανση, υποφόρτωση, υπέρταση, υποτονία κλπ. Επομένως, το έξυπνο προστατευτικό πρέπει να παρακολουθεί την τάση λειτουργίας, το ρεύμα λειτουργίας και τη θερμοκρασία πλαισίου του κινητήρα .
Ταυτόχρονα, λόγω των διαφορετικών τύπων, χωρητικοτήτων και τύπων φορτίου του κινητήρα, οι παράμετροι της προστασίας του κινητήρα είναι επίσης διαφορετικές, επομένως είναι απαραίτητο να είναι δυνατή η ρύθμιση των παραμέτρων προστασίας για διαφορετικούς κινητήρες.
Επιπλέον, για να μπορούν τα έξυπνα σήματα προστασίας να ανταποκρίνονται στις ανάγκες του τρέχοντος δημοφιλούς κέντρου ελέγχου ευφυούς κινητήρα (IMCC), οι έξυπνες διατάξεις προστασίας κινητήρα πρέπει επίσης να έχουν λειτουργίες επικοινωνίας δικτύου.
Το σχήμα 1 είναι ένα δομικό διάγραμμα της δομής υλικού του έξυπνου προστατευτικού κινητήρα.
2 σχεδίασης υλικού συστήματος
2.1 MCU
Το MCU είναι το βασικό μέρος του προστατευτικού μηχανήματος και είναι υπεύθυνο για την απόκτηση δεδομένων, την επεξεργασία δεδομένων, τον έλεγχο εξόδου και τη ρύθμιση των παραμέτρων. Εδώ είναι το τελευταίο STM32F103xD σειρά ARM chip.
Αυτή η σειρά από μάρκες χρησιμοποιεί το C0rtex M3 του ARM 32 ως το πυρήνα και η υψηλότερη συχνότητα είναι 72MHz. Ο πυρήνας Cortex έχει ένα πολλαπλασιαστικό και διαιρούμενο εξοπλισμό ενός κύκλου, οπότε είναι κατάλληλος για επεξεργασία δεδομένων υψηλής ταχύτητας.
Το τσιπ έχει τρεις ανεξάρτητους κύκλους μετατροπής, έναν μετατροπέα αναλογικού ψηφιακού μετατροπέα υψηλής ταχύτητας τουλάχιστον 1 δευτερολέπτου και τρεις ανεξάρτητους μετατροπείς ψηφιακού-αναλογικού σήματος με ξεχωριστά κυκλώματα δειγματοληψίας και κράτησης, επομένως είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για τριφασικούς κινητήρες ελέγχου, παρακολούθησης δικτύου και μέσων πολλαπλών παραμέτρων. Χρήση εξοπλισμού.
Το τσιπ έρχεται επίσης με μια πλούσια μονάδα επικοινωνίας, η οποία περιλαμβάνει μέχρι πέντε ασύγχρονες σειριακές διεπαφές, μία συσκευή slave USB, μία συσκευή CAN, I2C και SPI.
2.2 Μονάδα αναλογικής απόκτησης
Ο προστατευτικός μηχανισμός πρέπει κυρίως να συλλέγει τρεις αναλογικές ποσότητες ρεύματος, τάσης και θερμοκρασίας για την παρακολούθηση και την προστασία της κατάστασης λειτουργίας του κινητήρα.
Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων ρεύματος, όπως μετασχηματιστές ρεύματος πυρήνα, αισθητήρες Hall και αντιστάσεις διακλάδωσης. Ο κινητήρας που συνδέεται με το προστατευτικό κινητήρα έχει κυρίως κινητήρα αρκετών κιλοβάτ σε αρκετές δεκάδες κιλοβάτ, οπότε το ρεύμα φάσης του κινητήρα προέρχεται κυρίως από αρκετές αμπέρ έως αρκετές δεκάδες αμπέρ. Ως εκ τούτου, ο μετασχηματιστής ρεύματος χρησιμοποιείται ως μονάδα συλλογής ρεύματος, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας κλίμακας μέτρησης, της μικρής παραγωγής θερμότητας και της υψηλής τάσης απομόνωσης. Ταυτόχρονα, χωρίς αλλαγή των παραμέτρων του κυκλώματος επεξεργασίας, ο αισθητήρας ρεύματος με διαφορετικές αναλογίες μπορεί εύκολα να αλλάξει το εύρος ανίχνευσης ρεύματος του προστατευτικού κινητήρα, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα για προστασία κινητήρα μεγαλύτερης χωρητικότητας.
Η τάση λαμβάνεται απευθείας από τον διαχωριστή αντιστάσεων, οπότε ολόκληρος ο ελεγκτής κινητήρα είναι ένα κοινό σύστημα. Η αντίσταση χρησιμοποιεί αντίσταση τύπου υψηλής αντίστασης και υψηλής τάσης. Προκειμένου να βελτιωθεί η ικανότητα υπέρβασης τάσης του κυκλώματος απόκτησης τάσης, το κύκλωμα διαίρεσης τάσης χρησιμοποιεί μια σειρά πολλαπλών αντιστάσεων για να μειώσει την ονομαστική πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση και να βελτιώσει ολόκληρο τον κλάδο. Η υψηλότερη τάση αντοχής.
Ο αισθητήρας θερμοκρασίας χρησιμοποιεί έναν κοινό αισθητήρα αντοχής πλατίνας ή έναν θερμικό αντιστάτη NTC και το αντίστοιχο κύκλωμα επεξεργασίας σήματος θερμικής αντίστασης είναι σχεδιασμένο στο υλικό προστασίας. Δεδομένου ότι η θερμική αντίσταση είναι μια μη γραμμική συσκευή, το κανάλι επεξεργασίας λήψης θερμοκρασίας χρειάζεται να επεξεργαστεί μη γραμμικά. Προκειμένου να μειωθεί η πολυπλοκότητα του κυκλώματος υλικού, η πραγματική μονάδα επεξεργασίας RTD σχεδιάζεται μόνο για χρήση ενισχυτή οργάνων και η μη γραμμική επεξεργασία της RTD εκτελείται από τη μονάδα MCU. φέρει εις πέρας. Υπάρχει επίσης ένας αισθητήρας θερμοκρασίας ημιαγωγού ενσωματωμένος στο τσιπ MCU για να ανιχνεύσει τη θερμοκρασία μέσα στο προστατευτικό για να αποφευχθούν σφάλματα ελέγχου λόγω υπερθέρμανσης του συστήματος.
2.3 Οθόνη LCD
Για αυτόνομο προστατευτικό μοτέρ, είναι απαραίτητο να μπορείτε να ρυθμίσετε τις παραμέτρους προστασίας, να εμφανίσετε την τρέχουσα κατάσταση λειτουργίας και επίσης να εμφανίσετε τον τύπο σφάλματος όταν παρουσιαστεί σφάλμα. Επομένως, το προστατευτικό κινητήρα απαιτεί μια μονάδα οθόνης.
Ο σχεδιασμός του συστήματος υιοθετεί τη μαύρη και λευκή οθόνη υγρών κρυστάλλων LCD (LCD) dot matrix STN. Σε σύγκριση με την έγχρωμη οθόνη LCD TFT, έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας κλίμακας θερμοκρασίας, της μεγάλης διάρκειας ζωής και ευανάγνωστης ένδειξης.
Ο ενσωματωμένος ελεγκτής της μονάδας LCD χρησιμοποιεί παράλληλη διασύνδεση επικοινωνίας δεδομένων, συμπεριλαμβανομένου ενός διαύλου δεδομένων, γραμμών ελέγχου αναγνώσεως και εγγραφής, στροβοσκοπίων συσκευής και ακίδων επαναφοράς. Στο σχεδιασμό του συστήματος, ο ελεγκτής στατικής μνήμης πολλαπλών λειτουργιών (FSMC) που χρησιμοποιεί το τσιπ STM32F103xD είναι συνδεδεμένος στη μονάδα LCD.
Η μονάδα FSMC του τσιπ STM32F είναι ένας ελεγκτής στατικής μνήμης πολλαπλών λειτουργιών που υποστηρίζει στατική μνήμη (SRAM), NOR F1ash και PSRAM. Μπορεί να υποστηρίζει ευρεία μνήμη 8 bit ή 16 bit.
Ο συγχρονισμός πρόσβασης της μονάδας LCD είναι ο ίδιος με εκείνος του SRAM και ο χρονισμός της διεπαφής του τύπου 8080 ή 6800 μπορεί να επιλεγεί από τον ακροδέκτη διαμόρφωσης. Το σχήμα 2 δείχνει την ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ της διασύνδεσης FSMC του τσιπ STM32 και της οθόνης LCD. Η οθόνη LCD εδώ είναι ο συγχρονισμός διεπαφής 8080.
2.4 Κύκλωμα επικοινωνίας
Η δομή ελέγχου του κέντρου ελέγχου ευφυούς κινητήρα (IMCC) είναι ως επί το πλείστον δομή κατανεμημένου δικτύου τύπου λεωφορείου στην οποία ένας κεντρικός ελεγκτής είναι υπεύθυνος για τον προγραμματισμό και την παρακολούθηση της λειτουργίας όλων των κινητήρων. Ανάλογα με τον κεντρικό ελεγκτή που χρησιμοποιείται (κυρίως PLC), τα πρωτόκολλα επικοινωνίας του συστήματος είναι MODBUS, Fieldbus και Ethernet. Το πιο συνηθισμένο από αυτά είναι το πρωτόκολλο MODBUS. Το φυσικό στρώμα του πρωτοκόλλου MODBUS είναι ένα δίκτυο αμφίδρομης επικοινωνίας βασισμένο στο RS485, στο οποίο ο προστατευτικός κινητήρας βρίσκεται σε υποτελική κατάσταση.
Δεδομένου ότι ο προστατευτικός μηχανισμός είναι εσωτερικά θερμαινόμενος, η απομακρυσμένη επικοινωνία RS485 πρέπει να απομονωθεί από το κύριο κύκλωμα του ελεγκτή. Για την απομόνωση του πομποδέκτη RS485, πρέπει να απομονωθεί το σήμα επικοινωνίας και η τροφοδοσία του πομποδέκτη. Ο σχεδιασμός διεπαφής επικοινωνίας του προστατευτικού κινητήρα απαιτεί ταχύτητα επικοινωνίας έως 57,6 kbps. Ως εκ τούτου, χρειάζονται οπτικοί συζεύκτες υψηλής ταχύτητας ή τσιπ ψηφιακής απομόνωσης για την απομόνωση των σημάτων επικοινωνίας.
Το τσιπ ψηφιακής απομόνωσης είναι ένας νέος τύπος συσκευής. Οι εταιρείες όπως οι TI, ADI και Silicon Lab έχουν εισαγάγει τις δικές τους κατοχυρωμένες με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας συσκευές ψηφιακής απομόνωσης, αλλά οι λειτουργίες pin και pin των τσιπ είναι συμβατές και μπορούν να αντικατασταθούν άμεσα. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς οπτικούς συζεύκτες υψηλής ταχύτητας, οι συσκευές ψηφιακής απομόνωσης έχουν τα πλεονεκτήματα της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, του υψηλού ρυθμού μετάδοσης, της συμβατότητας με τα συστήματα 3V / 5V και τα απλά περιφερειακά. Το πραγματικό κύκλωμα σύνδεσης φαίνεται στο σχήμα 3.
