CN206490425U - 一种电动机测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动机测控装置，包括CPU插件和分别与所述CPU插件连接的电源插件、通信插件、人机接口插件和输入输出组件，所述输入输出组件包括交流信号输入插件、模拟量输出插件、开关量输出插件和开关量输入插件，所述CPU插件包括依次相互连接的ARM、MCU和存储器，所述ARM分别连接所述通信插件和所述输入输出组件，所述MCU连接所述人机接口插件，所述电源插件分别连接所述ARM和所述MCU，电源插件为整个保护装置提供合适的工作电压。本实用新型具有功能完善、接线灵活、操作方便和运算能力强等特点，可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、建筑等行业。

Description

一种电动机测控装置

技术领域

本实用新型属于电动机保护技术领域，具体涉及一种电动机测控装置。

背景技术

为了使电动机安全可靠地运行,需要提供高性能的保护装置。电动机保护装置不仅对电动机进行过载和短路保护，而且对于频繁起动的电动机也能准确地模拟其发热和散热过程。目前，我国现生产的此类电动机保护器没有漏电保护和过、欠压保护，且没有考虑我国南、北方气候的差异，没有把环境温度作为一个变量来考虑，故未能充分利用电动机的过载能力。

到目前为止，在现代工业生产中大量使用的大中型异步电动机的继电保护装置仍然以电磁型或晶体管型为主要形式，但其调试、检测复杂,可靠性较差，常有拒动和误动现象，更改定值也较为困难，运行状况很不理想。

以微机为基础的电动机继电保护装置，可以将各种保护功能高度集成，形成电动机微机综合保护。我国电动机微机保护技术及应用水平有了很大的提高，但是目前国内正在运行使用的电动机微机保护装置还存在需要改进的地方：作为处理器和控制器的CPU基本上还是采用传统的MCS一51和8096系列单片机，受结构、速度和总线的限制，其指令功能有限、寻址空间小、运算能力弱。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电动机测控装置，具有功能完善、接线灵活、操作方便和运算能力强等特点，可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、建筑等行业。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种电动机测控装置，包括CPU插件和分别与所述CPU插件连接的电源插件、通信插件、人机接口插件和输入输出组件，所述输入输出组件包括交流信号输入插件、模拟量输出插件、开关量输出插件和开关量输入插件，所述CPU插件包括依次相互连接的ARM、MCU和存储器，所述ARM分别连接所述通信插件和所述输入输出组件，所述MCU连接所述人机接口插件，所述电源插件分别连接所述ARM和所述MCU，电源插件为整个保护装置提供合适的工作电压。

本实用新型中，所述CPU插件还包括与分别与所述ARM连接的AD转换器、晶振电路和复位电路，所述AD转换器连接所述交流信号输入插件，主要起数据处理、保护判断、逻辑控制、参数设置等作用。

本实用新型中，所述存储器包括分别与所述MCU相互连接的RAM和E²PROM，使装置具备故障录波功能并且为避免因系统扰动使保护频繁启动，导致存储不需要的数据，本装置录波数据仅当保护动作后，才存入E²PROM中，否则，本次数据只保存在RAM中，可被上位机读取

本实用新型中，所述通信插件包括两路RS485总线接口和一路RJ45以太网接口，所述RS485总线接口和所述RJ45以太网接口分别连接所述ARM，用于保护装置与其他装置或监控中心进行远程数据通信。

本实用新型中，所述人机接口插件包括键盘和液晶显示电路，所述键盘和所述液晶显示电路分别连接所述MCU，用于保护装置与外界进行信息交互。

本实用新型中，所述交流信号输入插件包括电流互感器、电压互感器和信号调理电路，所述电流互感器和所述电压互感器分别连接所述信号调理电路，所述信号调理电路连接所述AD转换器，其主要作用是利用所述电流互感器和所述电压互感器将低压电动机的输入电流信号和输入电压信号变换为弱电信号，经所述信号调理电路后变为能被所述CPU插件识别的模拟信号，供所述CPU插件内部所述AD转换器使用。

本实用新型中，所述开关量输入插件，用于采集电动机控制电路外部的开关量输入信号，也可以采集断路器的位置信号、刀闸位置信号等状态量信息。所述开关量输出插件，用于为电动机外部控制电路提供开关量输出控制信号，并可以驱动报警或跳闸电路，实现对电动机的保护控制功能。所述模拟量输出插件，用于向保护装置外部提供标准的4mA～20mA输出电流。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用ARM+MCU双处理器结构，装置稳定性高、运算速度快；具有多路的开入量采集和开出量的控制，具有短路保护、定时限、反时限保护、堵转、启动时间超长、不平衡、过欠压保护等多种保护功能，全面保护电动机安全运行；可配合可拆分式、小型化的中文液晶操作/显示终端，可直接监视设备运行状态、运行参数，以及修改保护定值和参数。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型机构原理示意图；

图3是本实用新型接线原理示意图；

图4是本实用新型的电流信号输入电路拓扑图；

图5是本实用新型的开入量输入电路拓扑图；

图6是本实用新型的开出量输出电路拓扑图；

图中标记为：1.电流互感器；2.显示接口；3显示屏。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种电动机测控装置，采用插件式结构，主要包括交流信号输入插件、CPU插件、开关量输入插件、开关量输出插件、模拟量输出插件、人机接口插件、通信插件和电源插件，保护参数由用户根据电动机型号和环境条件设定，保护范围广，而且提供数字电路接口，为大系统的集中智能控制提供条件。CPU插件处理器采用ARM+MCU结构，ARM主要负责数据的采集、处理、计算、存储、故障的判断、跳闸出口以及与上位机的通信等。MCU主要负责人机接口的键盘和显示部分，两者通过串行通信总线进行数据交换。进一步地，本实用新型选用高速处理器LM3S2B93作为控制核心，LM3S2B93具有ARM Cortex－M3处理器内核，时钟频率最高可达80MHz，片内集成有256 kbyte的FLASH Rom和96 kbyte的SRAM并且含有4个32bit定时器和2个看门狗定时器，能够满足对多参数系统的实时监控和报警要求。

如图1和图2所示，交流信号输入插件包括电流互感器、电压互感器和信号调理电路，其主要作用是利用电流互感器和电压互感器将低压电动机的输入电流信号和输入电压信号变换为弱电信号，经信号调理电路后变为能被CPU插件识别的模拟信号，供CPU插件内部AD转换器使用；同时，电流互感器和电压互感器可以将保护装置外部高压系统与内部的低压系统相隔离，起强电和弱电隔离作用。CPU插件包括ARM处理器、数据存储器、晶振电路和复位电路等，主要起数据处理、保护判断、逻辑控制、参数设置等作用。开关量输入插件用于采集电动机控制电路外部的开关量输入信号，也可以采集断路器的位置信号、刀闸位置信号等状态量信息。开关量输出插件用于为电动机外部控制电路提供开关量输出控制信号，并可以驱动报警或跳闸电路，实现对电动机的保护控制功能。模拟量输出插件可以向保护装置外部提供标准的4mA～20mA输出电流。人机接口插件包括键盘和液晶显示电路，用于保护装置与外界进行信息交互。通信插件包括了两路RS485总线接口和一路RJ45以太网接口，用于保护装置与其他装置或监控中心进行远程数据通信。电源插件为整个保护装置提供合适的工作电压。

如图3所示，保护装置配有9路开关量输入接口、2路继电器开出接口、1路4mA～20mA电流输出接口、2路RS485通信接口、1路RJ45通信接口、4路电压信号输入接口和1路电源接口，其接口配置如图3所示，需要注意的是三相电流输入只需从电流互感器1中间穿过，无需使用接线端子，显示接口2连接显示屏3，配合可拆分式、小型化的中文液晶操作/显示终端，可直接监视设备运行状态、运行参数，以及修改保护定值和参数。

如图4所示，交流信号输入插件的调理电路主要由三相电压、三相电流输入电路和信号调理电路两部分构成。在电路设计时，三相电压输入的额定值为交流220V(相电压)，三相电流输入的额定值为交流100A。三相电压输入信号先经过一个110KΩ电阻，将电压输入信号变换为－2mA～2mA的电流信号，然后使用2mA/2mA电流互感器进行采样；三相电流输入信号直接使100A/7.07V(有效值)的电流互感器进行采样，将电流输入信号变为幅值为－10V～10V的交流电压信号。当保护装置的外部输入信号大于设定的额定值时，需要使用外加互感器来配合完成信号采样。由于LM3S2B93内置A/D转换器的模拟输入通道要求输入信号为0～5V的单极性电压信号，因此经互感器采样后的交流信号必须经信号调理电路转换成0～5V的直流信号。

如图5所示，保护装置设有11路开关量输入电路，其中6路用于外接电动机启动、停车、复位、工艺连锁、远程/就地等控制按钮，另外5路可用于采集负荷开关位置信号、熔断器熔断信号、低压断路器位置信号等普通开关量信号。图中KRC表示开关量输入信号，当KRC有效时，开入电源+24V通过KRC流入回路，通过4.7kΩ、680Ω和4.7kΩ组成的限流电路后，驱动光电耦合器TLP85GB导通，KRC处输出低电平，通知微处理器有外部开关量输入。

如图6所示，保护装置设有5路继电器开关量输出，其中3路用于与交流接触器、中间继电器等组成各种电动机启动控制，2路用于保护跳闸和保护报警。图中的KC为开关量输出控智能型低压电动机保护装置的研究与设计制信号，平时为低电平，需要输出时变为高电平。当KC为低电平时，三极管T1截止，光电耦合器TLP85GB导通，三极管T2截止，继电器线圈断电，KC11和DCOM之间处于断开状态。当KC为高电平时，三极管T1饱和导通，T1集电极变为低电平，光电耦合器TLP85GB截止，三极管T2饱和导通，继电器线圈通电，KC11和DCOM之间处于导通状态。

如图1-图6所示，本实用新型提供的保护装置设有启动超时保护、定时限过负荷保护、反时限过负荷保护、电流不平衡保护、堵转保护、过热保护、欠电流保护、欠电压保护、过电压保护等保护功能，使电动机在工作时不至于因为欠压、过压、欠载、过载、短路、堵转等原因而导致损坏，从而对电动机起到保护作用。本实用新型集测量功能、保护功能、电动机启/停控制功能和远程通信功能于一体，能够对电动机运行过程中出现的各种电气故障进行告警指示和跳闸动作，能有效防止电动机意外烧毁的发生，实现了低压电动机保护的智能化和网络化。与同类电动机保护装置相比，该智能型低压电动机保护装置具有功能完善、接线灵活、操作方便等优点，可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、建筑等行业，具有非常大的经济效益和社会效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动机测控装置，其特征在于，包括CPU插件和分别与所述CPU插件连接的电源插件、通信插件、人机接口插件和输入输出组件，所述输入输出组件包括交流信号输入插件、模拟量输出插件、开关量输出插件和开关量输入插件，所述CPU插件包括依次相互连接的ARM、MCU和存储器，所述ARM分别连接所述通信插件和所述输入输出组件，所述MCU连接所述人机接口插件，所述电源插件分别连接所述ARM和所述MCU。

2.根据权利要求1所述的一种电动机测控装置，其特征在于，所述CPU插件还包括分别与所述ARM连接的AD转换器、晶振电路和复位电路，所述AD转换器连接所述交流信号输入插件。

3.根据权利要求1所述的一种电动机测控装置，其特征在于，所述存储器包括分别与所述MCU相互连接的RAM和E²PROM。

4.根据权利要求1所述的一种电动机测控装置，其特征在于，所述通信插件包括两路RS485总线接口和一路RJ45以太网接口，所述RS485总线接口和所述RJ45以太网接口分别连接所述ARM。

5.根据权利要求1所述的一种电动机测控装置，其特征在于，所述人机接口插件包括键盘和液晶显示电路，所述键盘和所述液晶显示电路分别连接所述MCU。

6.根据权利要求2所述的一种电动机测控装置，其特征在于，所述交流信号输入插件包括电流互感器、电压互感器和信号调理电路，所述电流互感器和所述电压互感器分别连接所述信号调理电路，所述信号调理电路连接所述AD转换器。

7.根据权利要求1所述的一种电动机测控装置，其特征在于，所述开关量输入插件，用于采集电动机控制电路外部的开关量输入信号以及采集断路器的位置信号、刀闸位置信号等状态量信息；所述开关量输出插件，用于为电动机外部控制电路提供开关量输出控制信号以及驱动报警或跳闸电路；所述模拟量输出插件，用于向保护装置外部提供标准的4mA～20mA输出电流。