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電動(dòng)機(jī)群的單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng)
電動(dòng)機(jī)群的單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng)
電動(dòng)機(jī)群的單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng)第六圖書館設(shè)計(jì)了一種可以對工礦企業(yè)電動(dòng)機(jī)群進(jìn)行有效保護(hù)的微機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)由MCS-51系列單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)巡回檢測各分機(jī)系統(tǒng),能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、顯示并處理過載、斷相、過流、短路等電動(dòng)機(jī)故障,并改善了負(fù)載的檢測方法。系統(tǒng)的主機(jī)與分機(jī)之間通過原有的電力線傳輸信息,安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、可靠性高、維護(hù)管理十分方便,可以取代傳統(tǒng)的單機(jī)分離式的電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了一種可以對工礦企業(yè)電動(dòng)機(jī)群進(jìn)行有效保護(hù)的微機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)由MCS-51系列單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)巡回檢測各分機(jī)系統(tǒng),能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、顯示并處理過載、斷相、過流、短路等電動(dòng)機(jī)故障,并改善了負(fù)載的檢測方法。系統(tǒng)的主機(jī)與分機(jī)之間通過原有的電力線傳輸信息,安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、可靠性高、維護(hù)管理十分方便,可以取代傳統(tǒng)的單機(jī)分離式的電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。
摘 要: 設(shè)計(jì)了一種可以對工礦企業(yè)電動(dòng)機(jī)群進(jìn)行有效保護(hù)的微機(jī)系統(tǒng)．系統(tǒng)由ＭＣＳ一５系列單片機(jī)構(gòu)成的主機(jī)巡回檢測各分機(jī)系統(tǒng)．能及時(shí)發(fā)現(xiàn)．顯示并處理過載．?dāng)嘞啵^流．短路等電動(dòng)機(jī)故障，并改善了負(fù)載的楂測方法．系統(tǒng)的主機(jī)與分機(jī)之間通過原有的電力線傳輸信息，安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、可靠性高、維護(hù)管理 十分方便．可取代傳統(tǒng)的單機(jī)分離式的電動(dòng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)．
關(guān)鍵詞 電動(dòng)機(jī)群；微機(jī)； 在大多數(shù)工礦企業(yè)中，諸如：糧油加工、機(jī)械、紡織等行業(yè)，通常設(shè)備上安裝有 數(shù)十臺(tái)甚至上百臺(tái)的電動(dòng)機(jī)，構(gòu)成了一個(gè)電動(dòng)機(jī)群。如何有效地保護(hù)好電動(dòng)機(jī)群，防止短路、過載 過流、斷相等事故的發(fā)生，維護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本，是人們急待解決的課題．然而，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)保護(hù)大多采用空氣開關(guān)配合熱繼電 器的單機(jī)分離方式，斷相保護(hù)使用獨(dú)立配備的可選裝置，其性能較差．實(shí)踐證明．這 些傳統(tǒng)的保護(hù)裝置可靠性不高，難以滿足生產(chǎn)需要．特別是用于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)保護(hù)時(shí)， 既不便于維護(hù)也不便于管理． 筆者設(shè)計(jì)了針對多臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)群的單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：用微機(jī)巡回檢測技術(shù)，同時(shí)對多臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)．既使多臺(tái)電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)生過載事故，也能分別根據(jù)反時(shí)限過載特性按各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)并行處理，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠．由于偶然原因發(fā)生短路和斷相事故時(shí)，系統(tǒng) 也能進(jìn)行有效的并行保護(hù)。動(dòng)態(tài)顯示故障電動(dòng)機(jī)的位置 原因，并及時(shí)報(bào)警，便于現(xiàn)場控制人員管理 與維護(hù)。采用電力線作為控制信號和故障信號的傳輸通道，不必為電機(jī)保護(hù)而單獨(dú)布線。因而使系統(tǒng)的安裝容易，維護(hù)簡單，成本大大降低。改善了電動(dòng)機(jī)負(fù)載的檢測方法。對于大、中、小容量電動(dòng)機(jī)，均能夠方便地 改進(jìn)行負(fù)載檢測?？匚C(jī)與現(xiàn)場的分機(jī)電路采取了相應(yīng)的抗干擾硬件與軟件措施，使系統(tǒng)檢測 主與控制的精度和可靠性大為增加?！?br /> 當(dāng)發(fā)現(xiàn)編碼地址與自已的地址相符時(shí)，就及時(shí)的發(fā)出故障信號編碼．該編碼信號再由電力線耦合回主機(jī)．主機(jī)采用ＨＴ６８４Ｌ***，當(dāng)單片機(jī) 口為低電平時(shí)．便將 由電力線傳來的故障信號接收并鎖存在Ｈ４Ｌ的ＤＩ．由于主機(jī)地址Ａ?！痢。裕叮付斯潭椋埃灰收暇幋a地址與此相合，ＨＴ６８的Ｖ４ＬＴ端就輸出正脈沖，使８３０ｌ中 斷，完成故障數(shù)據(jù)的收?。?rsquo; 分機(jī)部分如圖２所示．其工作原理是．將檢測信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ＡＤｃ００８４轉(zhuǎn)換 成８位數(shù)字量以備主機(jī)檢測。平時(shí)，譯碼器Ｈ２ＴＩＦ的、端為低電平，從而控制電力 丌載波芯片Ｌ１９Ｍ８３的ＴＲＸ端為接收狀態(tài)．這樣．當(dāng)主機(jī)發(fā)出巡檢地址編碼時(shí)．該?。兀謾C(jī)就可收到．當(dāng)收到的編碼地址與該分機(jī)地址（ＤＩ開關(guān)設(shè)定的ｌ由Ｐ０位地址碼）相 符合時(shí)，Ｈ２的、端發(fā)出正脈沖．用以控制編碼器ＨＴ４Ｔ１Ｆ丌６０的使能端＿＇使?。蹋保梗停福车模浴。顺尸F(xiàn)發(fā)送狀態(tài)．由于ＨＴ４６０的地址設(shè)定與主機(jī)中譯碼器?。龋裕叮福矗痰牧愕刂废嗤谑潜惆汛嬖冢粒模茫埃按嫫髦械臋z測數(shù)據(jù)通過電力線送到 ８４鎖 主機(jī)的單片機(jī)８３中檢查判斷．當(dāng)判斷為過載且過載允許時(shí)間已到或發(fā)現(xiàn)有斷相信號?。埃鞎r(shí)，主機(jī)向該分機(jī)系統(tǒng)先發(fā)出地址碼 再發(fā)出停車信號，控制繼電器Ｋ開斷．對過載 允許時(shí)間的確定是．當(dāng)過載倍數(shù)＜２５時(shí)，按過載特性查表確定．當(dāng)過載倍數(shù)≥２５．． 時(shí)，立即發(fā)出停車信號，不再延時(shí)?！?…一 ２主機(jī)硬件設(shè)計(jì) 主要分為四大部分。即：以８３０ｌ為核心的單片機(jī)主體電路；硬件看門狗電路和顯 示鍵盤電路；以電力線載波通信芯片Ｌ１９Ｍ８３為核心的通信電路；以ＨＴ系列編，解碼 芯片為核心的編 解碼電路．下面對主要部分加以介紹： （）片機(jī)主體線路：ＣＵ采用８３，外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器２６１單Ｐ０ｌ７４，共８ｋ．為了合理 配備資源，用Ｐ．Ｐ 串行擴(kuò)展四片７Ｌ１４驅(qū)動(dòng)ＬＤ顯示器．Ｐ 接收外中斷?。撑c３ｓ４Ｓ６Ｅ３２源，Ｐ０與Ｐ 留作與上位機(jī)通訊使用。余下的Ｐ口、Ｐ３３１， 口線留給外圍線路使用． ． （）２硬件看門狗電路和顯示鍵盤電路：故障軟化技術(shù)中*有效的措施是栗用獨(dú)立硬 件電路支持的看門狗技術(shù)。電路如圖３所示．電路的核心是計(jì)數(shù)器Ｃ００計(jì)數(shù)?。模矗?器。Ｃ００Ｄ４６可以由阻容器件構(gòu)成獨(dú)立的振蕩時(shí)鐘源．平時(shí)Ｃ００一直在對該時(shí)鐘?。模矗对吹臅r(shí)鐘計(jì)數(shù)，我們在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)保證可在Ｑ未計(jì)到ｌ，計(jì)算機(jī)除完成規(guī)定 前 工作外，插人**Ｃ４６計(jì)數(shù)器的指令．正常工作時(shí)計(jì)數(shù)器Ｃ００的Ｑ端將永遠(yuǎn)?。模埃埃模矗丁〔粫?huì)出現(xiàn)為ｌ的邏輯狀態(tài)，看門狗不動(dòng)作．而當(dāng)程序出現(xiàn)混亂時(shí)，程序?qū)l(fā)不出**?。茫埃坝?jì)數(shù)值的指令，Ｑ就會(huì)很快為１從而產(chǎn)生看門狗啟動(dòng)脈沖，促使計(jì)算機(jī) Ｄ４６ ，復(fù)位?！?為了防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件出現(xiàn)不可恢復(fù)故障，我們還加人Ｑ端作為報(bào)警信號 源．如Ｑ端為１表明看門狗連續(xù)８次啟動(dòng)微機(jī)仍然失控．說明單 機(jī)已損壞，這 ，，時(shí)報(bào)警燈點(diǎn)亮，提醒工作人員檢修． 顯示與鍵盤線線路比較簡單，為了降低成本充分利用８３的資源，鍵盤線蹺段有?。埃?http://www.6lib.com第六圖書館 第４期 張漢杰等：電動(dòng)機(jī)群的單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng) ８?。?進(jìn)行擴(kuò)展，直接把余下的Ｐ與Ｐ口線連接按鍵．由于本系統(tǒng)鍵＾動(dòng)作少。故已滿足 ?。骋螅@示線路采用申行擴(kuò)展技術(shù)，申行擴(kuò)展四片７Ｌ１４驅(qū)動(dòng)４片ＬＥ顯示器，線路?。矗樱叮娜鐖D４所示。該線路的**之處在于省去了共８ｘ＝３?。矗矀€(gè)降壓電阻，而統(tǒng)一在５電?。?壓源接＾處用兩支Ｉ０７極管降壓，效果不錯(cuò)，簡化了傳坑的ＬＤ驅(qū)動(dòng)線路．Ｎ４０二Ｅ 圖３硬件看門狗線路 圖４顯示器驅(qū)動(dòng)線路 關(guān)于電力載波通信ＩＬＩ９ＣＭ８３和ＨＴ系列編、解碼Ｉ片的有關(guān)內(nèi)容請參閱文獻(xiàn)?。阈尽荆菸墨I(xiàn)［。２和３?。?３分機(jī)硬件設(shè)計(jì) 分機(jī)部分主要由兩大部分組成．如圖２所示，其一是電機(jī)電流信號檢測電路。傳 統(tǒng)的電機(jī)電流檢測，一般采用電流互感器，缺點(diǎn)是只適臺(tái)于中大型電機(jī)，對于小型電 機(jī)卻沒有與之匹配型號的電流互感器。且大多數(shù)情況下信號功率較大，換調(diào)整困難。變 本系統(tǒng)采用一種電流變換器Ｔ來檢測負(fù)載電流，Ｔ的原次側(cè)電流Ｊ與付次側(cè)電壓 有?。潭ǖ淖儞Q蓑系，通過原側(cè)ａ與ｂ點(diǎn)并鞋一相負(fù)載線的方式測取電機(jī)電流．當(dāng)一相負(fù) 載電流Ｊ為額定值 時(shí)，只要調(diào)控ａ與ｂ間距離，便可使Ｖ＝２?。ㄔ诒鞠到y(tǒng)中?。剑玻?，為 第六圖書館 ８?。?哈 爾 濱 建 筑 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第３ｌ卷 標(biāo)么化電壓），一般情況下Ｖ＋ ·２＝ ，其中ｋ為由ａ、ｂ間負(fù)載線阻抗五決定的變 換系數(shù)。這樣對電流檢測信號進(jìn)行了標(biāo)么化處理，好處是無論大、中、小型電機(jī)，都 可通過調(diào)節(jié)ａ、ｂ問距離，設(shè)定系數(shù) ，用變化范圍相同的１表示對應(yīng)電機(jī)的額定 斗電流 實(shí)用性強(qiáng)、安裝簡便、可靠。測取 之后，經(jīng)整流、濾波、限幅、延時(shí)，?。酢。住≥斎说剑粒模茫埃埃福粗羞M(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換供主機(jī)檢測用 其二是 斷信檢電。本統(tǒng)過相波流，Ｄ二 二相號測路系通三半整器Ｄａ?。骸。摹。ǎ┦?。這日通過電阻Ｒ、分壓后，使三極管ｖ由?。馑纾玻遥场?… 檢測缺相信號。三相半波整流電路正常電壓波形如圖５ａ所?。ǎ?、、／—×，一 示的當(dāng)缺相時(shí)（Ｖ相斷相）則波形出現(xiàn)過零點(diǎn)豁口，圖５Ｊ?。?mdash; — 。Ｌ＿如，如 。－ 圖５斷相信號的采樣 導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，其集電極輸出的高電平信譬經(jīng)ＲＳ觸發(fā)器鎖存，為斷相異常信 將作號，供微機(jī)檢測
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件主程序框圖，首先進(jìn)行韌始化，然后判斷有無鍵人命令， 如有則進(jìn)行鍵人命令的執(zhí)行，如無則進(jìn)人巡檢狀態(tài) 發(fā)現(xiàn)故障后記錄故障類型與號 址，然后進(jìn)人故障處理模塊，分別依故障類型進(jìn)行斷相、過載、短路與過流、停機(jī)等 處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某分機(jī)檢測信號與給定值比較大于ｌ，便進(jìn)行多任務(wù)延時(shí)處理。預(yù)先 時(shí)把電動(dòng)機(jī)反時(shí)限過載曲線存于ＥＲＯＭ中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有延時(shí)任務(wù)時(shí)，就設(shè)置８位延時(shí)標(biāo) Ｐ志字，每一標(biāo)志可控制８個(gè)延時(shí)任務(wù)，然后設(shè)置延時(shí)任務(wù)表，在表中置上當(dāng)前延時(shí)起 始時(shí)問，從過載特性Ｉ中查出對應(yīng)延時(shí)長度記人表中，并查到延時(shí)結(jié)束后程序要 珀線 圖６軟件主程序框圖 第六圖書館 第４期 張漢杰等：電動(dòng)機(jī)群的單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng) ８ ５ 轉(zhuǎn)向的人口地址。當(dāng)主程序循環(huán)查詢延時(shí)標(biāo)志字，旦發(fā)現(xiàn)某一位或幾位為１時(shí)，一便 確定對應(yīng)分機(jī)故障，時(shí)有效，表中延時(shí)起始時(shí)問，時(shí)長度以及程序人口地址記 延把延下 之后，每查詢到該標(biāo)志位時(shí)，用當(dāng)前的實(shí)時(shí)時(shí)間與該延時(shí)任務(wù)表中的延時(shí)起始時(shí) 就間作減法運(yùn)算，直到其差值等于該延時(shí)任務(wù)表中的延時(shí)值時(shí)，表示延時(shí)已到，程序立即轉(zhuǎn) 向 延時(shí)任務(wù)表 指定的程序人口，行停車處理程序，理完畢，除該延時(shí)標(biāo)志字的 執(zhí)處清對應(yīng)位，即撤消了該延時(shí)任務(wù)。
結(jié)束語 本系統(tǒng)是以ｇ３Ｏ１單片機(jī)為核心構(gòu)成的巡回檢測系統(tǒng)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)過載、斷相故 障，并及時(shí)顯示．分析故障，對故障現(xiàn)象及時(shí)處理，對多電動(dòng)機(jī)場臺(tái)的維護(hù)管理十 分方便。如在分機(jī)系統(tǒng)設(shè)置電壓，相序等檢測環(huán)節(jié)．還可對過壓、欠壓、錯(cuò)相故障進(jìn) 行有效保護(hù)．由于通過電力線傳輸信息，因此安裝方便，造價(jià)低。對電力線的耦 合，*好將主機(jī)、各分機(jī)系統(tǒng)都接到同一相中，信號傳輸效果更佳?！?br />參 考http://www.visualay.com
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