CN108808625A

CN108808625A - 一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统

Info

Publication number: CN108808625A
Application number: CN201810683329.0A
Authority: CN
Inventors: 曾华鹏; 汤莉; 何丽; 王莉; 曹宝文; 杨雷; 郭卉; 冯予; 王培宏
Original assignee: Tianjin Sino German Vocational Technical College
Current assignee: Tianjin Sino German University of Applied Sciences; Tianjin Sino German Vocational Technical College
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2018-11-13

Abstract

本发明公开了一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，所述系统包括PTC温度传感器、基于STM8的电子式控制器和执行机构；本发明具有的优点和积极效果是：1、采用冗余设计，大大提高了产品的可靠性；2、针对关键硬件部位施加反馈回路，通过算法提前预测产品是否即将故障，避免由于检测不出电机温度过热而导致损坏的结果；3、算法灵活，可以更有效地识别多种电机过热的情况，从而更好地保护电机；4、电机过热保护参数可配置，可以灵活配置以适用于不同型号的电机；5、LED状态指示灯可以指示某一类故障，通过通讯接口可以读取具体故障的编码，有利于用户进行故障诊断。

Description

一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统

技术领域

本发明涉及一种压缩机电机保护系统，尤其涉及一种适用于不同类型、不同容量、由电机驱动的基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统。

背景技术

目前市面上有相当一部分压缩机是由电机驱动的，比如涡旋式的压缩机。由于现场环境恶劣，以及系统或产品本身的一些问题，会导致压缩机电机的损坏。在所有损坏的案例中，绝大部分都是由于电机堵转或短路引起，其表现形式皆为电机温度的急剧升高。

目前针对该问题的解决方式有两种，一种是机械式，一种是电子式。机械式是在电机放置双金属弹片，一旦温度超过某个极限值，弹片断开，导致压缩机供电切断；温度下降到某个值以下，弹片吸合，供电恢复，其优点是简单，成本低，缺点是不灵活，智能化程度低。电子式常见有两种，一种是在电机处安装温度传感器，在压缩机外部安装控制器，一旦检测电机温度超限，控制器输出切断压缩机供电回路，若温度降到某个值以下，控制器输出回复回路供电，其优点是智能化程度高，控制灵活，缺点是可靠性低，由于现场环境恶劣，导致电子控制器容易损坏，一旦出现电机温度过高而没有检测出来，结果是电机烧毁，从而引发一系列灾难性的后果；另一种是安装电流互感器，其优点是检测更为直接和精确，缺点除了第一种方案具备的缺点以外，还具备成本高的缺点。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本申请提供了一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统。

为实现本申请的目的，本申请提供了一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，所述系统包括PTC温度传感器、基于STM8的电子式控制器和执行机构；

其中，所述PTC温度传感器内置于电机，接线引到外部与所述控制器连接；

其中，所述控制器包括外壳和内部电子控制板，如图2所示，所述外壳上设置有电源指示灯、状态指示灯以及电源接插端子、传感器接插端子、继电器接插端子、通讯接口，所述电子控制板包括双路温度采集电路、双路继电器输出、供电模块以及通讯模块、电路检测模块；

其中，所述执行机构包括继电器。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1、采用冗余设计，大大提高了产品的可靠性；

2、针对关键硬件部位施加反馈回路，通过算法提前预测产品是否即将故障，避免由于检测不出电机温度过热而导致损坏的结果；

3、算法灵活，可以更有效地识别多种电机过热的情况(绝对值超限，温升速度超限)，从而更好地保护电机；

4、电机过热保护参数可配置，可以灵活配置以适用于不同型号的电机；

5、LED状态指示灯可以指示某一类故障，通过通讯接口可以读取具体故障的编码，有利于用户进行故障诊断。

附图说明

图1所示为本申请的压缩机电机保护系统的结构图；

图2所示为本申请的控制器外壳的结构示意图；

图3所示为本申请的PTC温度采样冗余电路原理图；

图4所示为本申请的第一电机温度控制逻辑图；

图5所示为本申请的第二电机温度控制逻辑图；

图6所示为本申请的继电器输出冗余电路原理图；

图7所示为本申请的低电压检测电路原理图；

图8所示为本申请的STM8控制器模块电路原理图；

图9所示为本申请的LED控制电路原理图；

图10所示为本申请的控制器状态迁移图；

图11所示为本申请的通信模块电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本方案针对关键控制回路的硬件电路采用冗余设计，大大提高了产品的可靠性；；对于控制器关键部位电路，增加了信号反馈回路，通过专家系统对各个部位的状态进行判断和预测，在电路损坏之前就将问题暴露出来，从而避免了由于漏判而导致的一系列灾难性后果。该电机保护系统可以识别电机温度绝对值超限和温升速度超限两种情况，从而更有效地保护电机。

本发明提供了一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，包括：

1)如图1所示，该系统至少包含一个或多个PTC温度传感器，一个基于STM8的控制器，和控制压缩机启停的执行机构；

2)将PTC温度传感器安装于电机的位置，传感器的导线引出到压缩机外部。

3)PTC温度传感器连接到控制器的传感器的连接端子，连接端子连接到两路相同的温度采样电路(温度采集电路采用硬件冗余设计)，每个温度采样电路分别连接至STM8不同的AD通道，如图3所示。

4)当两路温度采样电路采集的温度值差值在某个预定义的范围之内，判定温度采样电路工作正常，此时将两路采样温度值取平均作为控制的输入。温度控制分两种情况，一种是温度缓慢上升，此时按采样温度的绝对值进行控制，若超过某个极限值就切断压缩机供电；另一种是温度急剧上升，此时按温度上升的速度进行控制，若上升速度超过某个极限值就切断压缩机供电，即使此时采样温度值未超过极限值，如图4、图5所示。

5)继电器控制电路采用双路冗余设计，当采样温度正常时，两路继电器驱动电路输出信号均为高电平时继电器才能吸合，其余情况继电器均为断开，如图6所示。

6)控制器供电电路增加一路信号反馈到AN1，当读取的电压值低于某个预设定值时，判定为供电电压过低，如图7所示。

7)控制器基于STM8，如图8所示。状态指示灯由红、绿两个LED灯组成。当处于电机温度异常情况下，状态指示灯红色闪烁；当电机温度正常情况下，状态指示灯绿色常亮；当检测出关键硬件电路有故障时，状态指示灯红色常亮。

8)硬件自检测包括：PTC温度采样电路自检测、MCU内部关键寄存器自检测和供电电路自检测。PTC温度采样电路通过AD_CHECK读取数值，和AN0的数值进行比较，若两者差值大于预定义值则说明PTC温度采样电路有故障，此外可以通过AD寄存器的值检测出电阻R7的开路短路状态，AN0和VCC短路或和GND短路；

9)MCU内部关键寄存器自检测包括上电自检测和周期性自检测。上电自检测包括MCU寄存器、看门狗定时器、FLASH、RAM和时钟频率自检测。周期性检测包括MCU寄存器、看门狗定时器、FLASH、RAM、时钟频率和程序执行顺序自检测。

10)当控制器上电，进入自检状态，一旦检测硬件故障即进入安全模式，否则进入正常工作模式；在正常工作模式下，一旦检测PTC温度超限，则进入电机过热模式，若累计达到预定义次数，则进入电机过热锁定模式；在电机过热模式下，如果PTC温度下降到预定义值以下，则进入电机过热恢复延时模式，延时时间到并且温度不超限，则回到正常工作模式。在电机过热模式下，或者安全模式下，只能靠断电手动清除故障。如图10所示。

11)每进入一次安全模式，控制器将会记录故障次数到非易失性存储器中，一旦故障次数累计超过预定义值，在正常工作模式下，状态指示灯将会黄色闪烁，提示用户控制器硬件即将故障。

12)通过通讯接口，可以将存储在控制器内部的故障信息读取出来，同时可以通过上位机对控制器内部电机过热保护的参数进行配置，从而适用不同型号的电机，通讯电路图如图11所示。

控制器的继电器输出端子连接执行机构；控制器的供电端子连接电源；电源指示灯绿色常亮；控制器的继电器输出端子连接执行机构；控制器的供电端子连接电源；电源指示灯绿色常亮；当电机温度值小于预设定的极限值，并且电机温度上升速率小于预设定的极限值时，继电器吸合；一旦检测到电机温度值超限，或者电机温度上升速率超限，继电器断开，状态指示灯红色闪烁；若电机温度值超限后再下降到某个预设定值以下并保持5分钟，则继电器吸合；若电机温度上升速率超限后再下降到某个预设定值以下并保持5分钟，则继电器吸合；当电机温度值超限或上升速率超限累计达到5次，则无法自动恢复，此时只能通过切断控制器供电进行手动复位；若PTC温度传感器出现短路，或者温度采样电路上的R7电阻出现短路，或者控制器的供电电压小于某个预设定值，或者是单片机的寄存器、看门狗定时器、FLASH、RAM、时钟频率检测出现问题，则进入安全保护模式，此时继电器断开，状态指示灯红色常亮；在安全模式下，无法自动恢复，只能通过切断控制器供电进行手动复位；通过控制器的通讯接口，可以将存储在控制器内部的历史故障信息读取出来；同时也可以通过上位机对控制器内部电机过热保护的参数进行配置，从而适用不同型号的电机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，其特征在于，所述系统包括PTC温度传感器、基于STM8的电子式控制器和控制压缩机启停的执行机构；

其中，所述控制器包括外壳和内部电子控制板，所述外壳上设置有电源指示灯、状态指示灯以及电源接插端子、传感器接插端子、继电器接插端子、通讯接口，所述电子控制板包括双路温度采集电路、双路继电器输出、供电模块以及通讯模块、电路检测模块；

其中，所述执行机构包括继电器。

2.根据权利要求1所述的基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，其特征在于，所述PTC温度传感器为一个或多个。

3.根据权利要求2所述的基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，其特征在于，所述PTC温度传感器连接到控制器的传感器接插端子，传感器接插端子连接到两路相同的温度采样电路，每个温度采样电路分别连接至STM8不同的AD通道。

4.根据权利要求1所述的基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，其特征在于，继电器控制电路采用双路冗余设计。

5.根据权利要求1所述的基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，其特征在于，控制器供电电路增加一路信号反馈到AN1，当读取的电压值低于某个预设定值时，判定为供电电压过低。

6.根据权利要求1所述的基于冗余设计和关键部位自检测的压缩机电机保护系统，其特征在于，所述PTC温度采样电路、MCU内部关键寄存器和供电电路均具有自检测功能，所述PTC温度采样电路通过AD_CHECK读取数值，和AN0的数值进行比较，若两者差值大于预定义值则说明PTC温度采样电路有故障，另外，通过AD寄存器的值检测出电阻R7的开路短路状态，AN0和VCC短路或和GND短路。