CN102354954B - 马达保护监控系统 - Google Patents

Abstract

一种电机控制技术领域的马达保护监控系统，包括：主控制器端和若干与之相连接的监测终端，主控制器端包括主处理器和分别与之相连接的串口通信电路、电流处理电路、电压处理电路、空接点输出电路、光电隔离开关量采集电路、主处理器看门狗电路、时钟电路、RS485液晶显示接口、电源电路；监测终端包括：从处理器和分别与之相连接的RS485串口处理电路、显示灯输出电路、液晶显示电路、按键输入电路、从处理器看门狗电路。本发明能够对电机的短路、堵转、过载、接地、断相、过电压、低电压等故障提供保护，保证电机运行的可靠性与安全性，提供完善的控制功能。

Description

马达保护监控系统

技术领域

本发明涉及的是一种电机控制技术领域的装置及方法，具体是一种马达保护监控系统及其方法。

背景技术

低压电机的保护与监控装置对监控系统有着重要的意义，据了解市场上现有的马达保护器通常只进行缺相保护，过流保护、电机保护的种类繁多，结构各异。其中电机缺相、过流保护是运用模拟电路，模拟电路一个特点是抗干扰性差，电路延时性靠纯模拟电路特性设定，可修改性差，且电机一相断相时，该相电流急剧减小，从而保护电路产生相应的动作，切断电机的供电电源。由于电机在缺相的情况下运行，缺相电流不为零，电机在负荷较小的情况下，缺相的电流值与其它相的电流值比较差别不明显，容易造成电机保护器保护动作不灵敏，对电机的缺相保护可靠性较低。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号：200920067828.3，公开日2009-12-23，记载了一种智能电机保护器技术，该技术虽然体积小，结构紧凑，安装方便，在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用，但是采用模块化的产品结构形式，包括主体(保护控制功能模块)、互感器检测模块、远程显示模块。根据需要选配ARD3的功能模块或附件，与接触器、电动机起动器等电器元件电动机控制保护单元，有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。但是其处理器的计算速度慢，且无开入可编程选择功能、标准规约的通信功能少。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种马达保护监控系统及其方法，采用32位主处理器，计算速度快，输出电路、电源模块等元器件均采用进口工业级产品，采用抗干扰设计，硬件性能可靠，对电机的短路、堵转、过载、接地、断相、过电压、低电压等故障提供保护，保证电机运行的可靠性与安全性，提供完善的控制功能，可简化电机控制回路的接线，使电机的维护更方便，监视电机的运行状态、采集并记录电机起动电流和起动次数等参数，提供对电机的连续监测功能，且本发明体积小，重量轻。提供标准规约的通信功能，使装置方便地接入监控系统。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：主控制器端和若干与之相连接的监测终端，其中：

主控制器端包括：主处理器和分别与之相连接的串口通信电路、电流处理电路、电压处理电路、空接点输出电路、光电隔离开关量采集电路、主处理器看门狗电路、时钟电路、RS485液晶显示接口、电源电路，其中：电流处理电路采集电流模拟信号并输出增强抗干扰处理后的电流模拟信号至主处理器，电压处理电路采集电压模拟信号并输出增强抗干扰处理后的电压模拟信号至主处理器，空接点输出电路接收主处理器发出的控制电平并经过信号放大后输出到空接点，串口通信电路将主处理器的发送信号转换成差分信号输出到通讯网络中并接收通讯网络的差分信号转换成接收信号输入至主处理器，光电隔离开关量采集电路将外部的分合状态通过光耦隔离转换成高电平和低电平信号并输入到主处理器；

监测终端包括：从处理器和分别与之相连接的RS485串口处理电路、显示灯输出电路、液晶显示电路、按键输入电路、从处理器看门狗电路，其中：RS485串口处理电路接收从处理器的发送信号并转换成差分信号输入到主处理器的通讯网络，另外RS485串口处理电路接收来通讯网络的差分信号并转换成接收信号至从处理器，显示灯输出电路接收从处理器输出的驱动信号并输出警报电平至发光二极管，按键输入电路将外部按键信号输入至从处理器，液晶显示电路接收从处理器输出的驱动信号并输出显示电平至液晶显示接口。

所述的光电隔离开关量采集电路采用隔离电压为3kV的PS620光耦，并以24V作为工作电压，通过电阻降压使光耦能够正常导通工作；该光耦的输入两端并联一个瓷片电容。

所述的空接点输出电路包括：继电器控制电路和继电器输出电路，其中：继电器控制电路采用74HC32作为多信号控制逻辑操作，其中的PNP三极管S9012将控制电平放大后驱动继电器的励磁线圈。

所述的串口通信电路包括：光电隔离电路和串口收发器，其中：串口收发器采用PCA82C250配合TVS管，光电隔离电路采用隔离电压3kV的TLP521作为光耦，其发射端的工作电流设置为8mA，满足最大波特率9600的通讯要求；所述的RS485串口处理电路采用PCA82C250作为RS-485信号收发器并设有TVS管。

所述的电流处理电路包括：电流滤波电路和电流采集电路，其中：电流采集电路包括穿芯电流互感器和高精度金属膜电阻，电流滤波电路包括单电源供电的运算放大器TLC2264和电阻、电容。

所述的电压处理电路包括：电压滤波电路和电压采集电路，其中：电压采集电路采用1W的分压电阻构成，电压滤波电路包括单电源供电的运算放大器TLC2264和电阻、电容。

所述的主处理器采用LPC2132，该主处理器内置16通道10位AD，256kB片上Flash程序存储器，32kB片上SRAM数据存储器，双通道片上UART，工作频率为60MHz；所述的从处理器采用ATMEGA32-16AU，该从处理器内置32kB片上Flash程序存储器，2kB片上SRAM数据存储器，单通道片上UART，工作频率为16MHz。

本发明连接带按键式智能表头，使得基于AVR技术的低压微机保护装置安装更为灵活和方便。主机采用分体式结构，分为AVR板和主板。所有引出端子与装置弱电系统处理器电源系统之间不存在有电的联系，AVR板上带有电池，即便是失去电源，实时时钟信号及数据保存去都不会丢失。装置电源采用技术成熟的开关电源，装置突然加电、断电均不会误动作和无信号的发送，本发明所有芯片采用贴片及回流工艺，从而确保了装置的可靠性和稳定性。

本发明采用32位主处理器，计算速度快采用抗干扰设计，体积小，芯片采用贴片式，模块化设计，硬件性能可靠，保证了装置的稳定性和安全型，提供多种控制启动功能，提供完善的电机保护功能，且可开入可编程选择功能，8路开关量输入的采集与变位记录对电机进行远程监控功能，装置体积小重量轻，导轨安装方便快捷。

本发明执行继电器正常工作时的不带电，保证了运行的稳定性和可靠性，可通过面板、可编程输入、遥控命令实现电机的起\停操作。

附图说明

图1为本发明结构简图。

图2为本发明结构示意图。

图3为主处理器示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1和图2所示，本实施例包括：主控制器端1和若干与之相连接的监测终端2，其中：

主控制器端1包括：主处理器3和分别与之相连接的串口通信电路4、电流处理电路5、电压处理电路6、空接点输出电路7、光电隔离开关量采集电路8、主处理器看门狗电路9、时钟电路10、RS485液晶显示接口11、电源电路12，其中：电流处理电路5采集电流模拟信号并输出增强抗干扰处理后的电流模拟信号至主处理器3，电压处理电路6采集电压模拟信号并输出增强抗干扰处理后的电压模拟信号至主处理器3，空接点输出电路7接收主处理器3发出的控制电平并经过信号放大后输出到空接点，串口通信电路4将主处理器3的发送信号转换成差分信号输出到通讯网络中并接收通讯网络的差分信号转换成接收信号输入至主处理器3，光电隔离开关量采集电路8将外部的分合状态通过光耦隔离转换成高电平和低电平信号并输入到主处理器3；

如图3所示，监测终端2包括：从处理器13和分别与之相连接的RS485串口处理电路14、显示灯输出电路15、液晶显示电路16、按键输入电路17、从处理器看门狗电路18，其中：RS485串口处理电路14接收从处理器13的发送信号并转换成差分信号输入到主处理器3的通讯网络，另外RS485串口处理电路14接收来自通讯网络的差分信号并转换成接收信号至从处理器13，显示灯输出电路15接收从处理器13输出的驱动信号并输出警报电平至发光二极管，按键输入电路17将外部按键信号输入至从处理器13，液晶显示电路16接收从处理器13输出的驱动信号并输出显示电平至液晶显示接口11。

所述的光电隔离开关量采集电路8采用隔离电压为3kV的PS620光耦，并以24V作为工作电压，通过电阻降压使光耦能够正常导通工作，并在光耦的输入两端并联了一个瓷片电容，增加输入的抗干扰能力。

所述的主处理器看门狗电路9采用集成芯片SP706实现，通过定时给该芯片复位引脚提供脉冲保证程序可靠工作，同时该芯片给主处理器3提供可靠的复位电平。

所述的RS485液晶显示接口11采用SP3483作为RS-485通讯接口芯片，并在差分信号的输入端并联了一个5.0V的TVS管，增加信号的抗干扰能力。

所述的RS485液晶显示接口11上设有智能表头。

所述的时钟电路10包括：外部晶振和主处理器内部时钟电路，该时钟电路10由外部提供20MHz的晶振为基础，通过软件设置在主处理器3内部产生60MHz的频率，提供给主处理器3工作。

所述的串口通信电路4包括：光电隔离电路19和串口收发器20，其中：串口收发器20采用PCA82C250配合TVS管，保证提供给通讯线路可靠的差分信号，光电隔离电路19采用隔离电压3kV的TLP521光耦，其发射端的工作电流设置在8mA左右，满足最大波特率9600的通讯要求，同时该设计简单低廉。

所述的电流处理电路5包括：电流滤波电路21和电流采集电路22，其中：电流采集电路22包括穿芯电流互感器和高精度金属膜电阻，穿芯电流互感器将外部的大电流信号转换成弱电流信号，然后通过电阻变换成小电压信号；电流滤波电路21包括单电源供电的运算放大器TLC2264和电阻、电容。由电流采集电路22来的弱电压信号输入到运算放大器的“-”信号输入端，经过运算放大器反向跟随后，在经过一级RC滤波输出到主处理器3的AD引脚上。

所述的电压处理电路6包括：电压滤波电路23和电压采集电路24，其中：电压采集电路24采用1W的分压电阻，将外部输入的高电压转换成弱电压信号。电压滤波电路23包括单电源供电的运算放大器TLC2264和电阻、电容；由电压采集回路来的弱电压信号输入到运算放大器的“-”信号输入端，经过运算放大器的低通滤波后，输出到主处理器3的AD引脚上。

所述的空接点输出电路7包括：继电器控制电路25和继电器输出电路26，其中：继电器控制电路25采用74HC32作为多信号控制逻辑操作，PNP三极管S9012将控制电平放大后驱动继电器的励磁线圈，继电器输出电路26采用松下DSP1高灵敏继电器，接点动作时间快，并且可以根据需要提供常开或者常闭方式的接点输出。

所述的电源电路12采用AMS1117稳压芯片产生3.3V/660mA的电源，提供给主处理器3和相关的外部芯片工作使用。

所述的主处理器3采用LPC2132，该主处理器3内置16通道10位AD，256kB片上Flash程序存储器，32kB片上SRAM数据存储器，双通道片上UART，工作频率为60MHz。在仅需要极少外部扩展器件的情况下，完成装置需要的功能，同时程序存储器和数据存储器直接嵌入在主处理器3片上，增大了装置的抗干扰能力。

所述的RS485串口处理电路14采用PCA82C250作为RS-485信号收发器，配合TVS管，保证提供给通讯线路可靠的差分信号。

所述的液晶显示电路16采用128x64点阵的液晶作为显示器，该液晶每行可以显示八个汉字，16个ASCII字符，整屏可以显示4行汉字。

所述的显示灯输出电路15采用五个高亮度的发光二极管指示，其中：三个为绿色，一个为红色，一个为黄色，通过颜色可以直观的判断出装置的运行状态。

所述的按键输入电路17采用八个按键，其中：三个为操作按键，控制电机的正转、反转、停车，另外五个为功能按键，用来操作液晶显示。

所述的看门狗电路采用集成芯片SP706实现，通过定时给该芯片复位引脚提供脉冲保证程序可靠工作，同时该芯片给主处理器3提供可靠的复位电平。

所述的从处理器13采用ATMEGA32-16AU，该从处理器13内置32kB片上Flash程序存储器，2kB片上SRAM数据存储器，单通道片上UART，工作频率为16MHz。在仅需要极少外部扩展器件的情况下，完成装置需要的功能。同时程序存储器和数据存储器直接嵌入在CPU片上，增大了装置的抗干扰能力。

本实施例基于ARM32位CPU技术高可靠性、功能强、高速度、低功耗，其基本工作原理是，电压，电流经滤波电路进入CPU中内置的A/D将模拟信号转换成数字信号，CPU对数字信号进行分析，并将结果存放数据区，CPU根据不同的波形数据及用户设定作逻辑处理，及时将各种情况反映到出口继电器和通过串口反映到监控系统。4-20mA标准模拟信号能够反映采集的电流或电压根据用户的设定，传送到西门子、ABB等PLC或带有采集4-20mA模块的装置或系统。

本装置可以连接多种智能表头，用户可以根据自己的需要进行选择自己的表头带按键、不带按键，使得基于AVR技术的低压微机保护装置安装更为灵活和方便。主机采用分体式结构，分为AVR板和主板。所有引出端子与装置弱电系统CPU电源系统之间不存在有电的联系，AVR板上带有电池，即便是失去电源，实时时钟信号及数据保存去都不会丢失。装置电源采用技术成熟的开关电源，装置突然加电、断电均不会误动作和无信号的发送，本装置所有芯片采用贴片及回流工艺，从而确保了装置的可靠性和稳定性。

Claims (1)

1. 一种马达保护监控系统，包括：主控制器端和若干与之相连接的监测终端，其特征在于：

主控制器端包括：主处理器和分别与之相连接的串口通信电路、电流处理电路、电压处理电路、空接点输出电路、光电隔离开关量采集电路、主处理器看门狗电路、时钟电路、RS485液晶显示接口、电源电路，其中：电流处理电路采集电流模拟信号并输出增强抗干扰处理后的电流模拟信号至主处理器，电压处理电路采集电压模拟信号并输出增强抗干扰处理后的电压模拟信号至主处理器，空接点输出电路接收主处理器发出的控制电平并经过信号放大后输出到空接点，串口通信电路将主处理器的发送信号转换成差分信号输出到通讯网络中并接收通讯网络的差分信号转换成接收信号输入至主处理器，光电隔离开关量采集电路将外部的分合状态通过光耦隔离转换成高电平和低电平信号并输入到主处理器；

监测终端包括：从处理器和分别与之相连接的RS485串口处理电路、显示灯输出电路、液晶显示电路、按键输入电路、从处理器看门狗电路，其中：RS485串口处理电路接收从处理器的发送信号并转换成差分信号输入到主处理器的通讯网络，另外RS485串口处理电路接收来通讯网络的差分信号并转换成接收信号至从处理器，显示灯输出电路接收从处理器输出的驱动信号并输出警报电平至发光二极管，按键输入电路将外部按键信号输入至从处理器，液晶显示电路接收从处理器输出的驱动信号并输出显示电平至液晶显示接口；

所述的光电隔离开关量采集电路采用隔离电压为3kV的PS620光耦，并以24V作为工作电压，通过电阻降压使光耦能够正常导通工作；该光耦的输入两端并联一个瓷片电容；

所述的主处理器看门狗电路采用集成芯片SP706实现；所述的从处理器看门狗电路采用集成芯片SP706实现；

所述的RS485液晶显示接口采用SP3483作为RS-485通讯接口芯片，该通讯接口芯片的差分信号的输入端并联一个5.0V的TVS管；

所述的空接点输出电路包括：继电器控制电路和继电器输出电路，其中：继电器控制电路采用74HC32作为多信号控制逻辑操作，其中的PNP三极管S9012将控制电平放大后驱动继电器的励磁线圈；

所述的串口通信电路包括：光电隔离电路和串口收发器，其中：串口收发器采用PCA82C250配合TVS管，光电隔离电路采用隔离电压3kV的TLP521光耦，其发射端的工作电流设置为8mA，满足最大波特率9600的通讯要求；所述的RS485串口处理电路采用PCA82C250作为RS-485信号收发器并设有TVS管；

所述的电流处理电路包括：电流滤波电路和电流采集电路，其中：电流采集电路包括穿芯电流互感器和高精度金属膜电阻，电流滤波电路包括单电源供电的运算放大器TLC2264和电阻、电容；

所述的电压处理电路包括：电压滤波电路和电压采集电路，其中：电压采集电路采用1W的分压电阻构成，电压滤波电路包括单电源供电的运算放大器TLC2264和电阻、电容；

所述的主处理器采用LPC2132，该主处理器内置16通道10位AD，256kB片上Flash程序存储器，32kB片上SRAM数据存储器，双通道片上UART，工作频率为60MHz，即程序存储器和数据存储器直接嵌入在主处理器片上；

所述的从处理器采用ATMEGA32-16AU，该从处理器内置32kB片上Flash程序存储器，2kB片上SRAM数据存储器，单通道片上UART，工作频率为16MHz；

所述的马达保护监控系统中的所述RS485液晶显示接口与带按键式智能表头相连，并且所述的主控制器端采用分体式结构；

所述的主处理器采用32位主处理器；

所述的光电隔离开关量采集电路为8路开关量输入的采集与变位记录；

所述的时钟电路包括：外部晶振和主处理器内部时钟电路，该时钟电路由外部提供20MHz的晶振为基础，通过软件设置在主处理器内部产生60MHz的频率，提供给主处理器工作；

所述的液晶显示电路，采用128x64点阵的液晶作为显示器，该液晶每行可以显示八个汉字，16个ASCII字符，整屏可以显示4行汉字；

所述的显示灯输出电路，采用五个高亮度的发光二极管指示，其中：三个为绿色，一个为红色，一个为黄色，通过颜色可以直观的判断出装置的运行状态；

所述的按键输入电路，采用八个按键，其中：三个为操作按键，控制电机的正转、反转、停车，另外五个为功能按键，用来操作液晶显示。

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