《自-基于mcf51em256的智能电动机保护器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自-基于mcf51em256的智能电动机保护器设计（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于MC1EM256的智能电动机保护器的设计及应用郭浩1 李红军2 陆伟青3(1. 郭浩，安科瑞电气股份有限公司上海嘉定280）（2. 李红军，北方特种能源集团西安庆华 西安 710025）(3. 陆伟青，安科瑞电气股份有限公司上海嘉定20181）摘要:采用Feecle公司oldfreV0架构内核的32位处理器MC51E5芯片,设计了一款高性能的ARL智能电动机保护器，并对该保护器的硬件和软件设计方案进行详细介绍。该保护器集众多保护功能于一体，提高了电动机运行的可靠性，减少了因电动机运行故障带来的经济损失。关键字:智能电动机保护器、MC51EM26、AR2L、保护时间 引言现代工矿企业中,以电
2、动机作为动力的比例占全部动力的90以上，它们已是当今生产活动和日常生活中最主要的原动力和驱动装置1,2,为此检测与保护电动机的正常运行有着非常重要的意义。保护器经历了热继电器、熔断器、电磁式电流继电器、模拟电子式电机保护器,最后发展到数字电子式电机保护器即当今的智能电机保护器。本文设计了一款针对电动机在运行过程中出现的起动超时、过载、欠载、短路、断相、不平衡、接地漏电、堵转、阻塞、外部故障等情况进行保护的ARD2L智能电动机保护器(以下简称ARD2)，可有效提高电动机运行的安全性，降低生产损失,是传统热继电器的理想替代品。1 硬件设计AR2L的硬件电路包括主控芯片MCU，频率信号、电流信号、零
3、序电流信号采集电路,开关量输入模块，继电器输出模块,变送输出模块，RS485通讯接口,人机交互单元(状态指示灯、数码管/液晶显示)，硬件电路框图如图1所示。图 1ARD2硬件电路框图. 主控芯片MCU芯片采用frecale公司的ofire-V0架构内核的3位处理器C5E26,时钟频率最高可达50.3Hz，内置256K的Flash、6的AM、4个独立1位A/D通道、3路定时器、路通讯接口以及内置RTC时钟、2C、P、KBI接口等多种资源,具有极高的性价比。12 电源 电源是设备能否正常、稳定、可靠工作的关键部分,ARL采用安科瑞的通用开关电源模块。该模块输入电压为C85V65，输入频率4Hz60
4、Hz，具有多路隔离电压输出，满足多种功能对不同供电电压的要求。其输出电压稳定、故障率小，输出纹波1%；电源输入部分设计加入压热敏电阻、T管、防反接二极管等器件,对过压、过流等有一定的保护作用,同时能使产品通过严酷的EMC测试。该模块经现场实际使用,具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。1.3 信号采集电路信号采集电路负责采集电流信号、频率信号和零序电流信号。其中，电流信号采用互感器隔离输入,将交流信号抬高后送入CPU进行软件差分运算，电流采样电路如图2所示。以A相.3A规格为例,采用的电流互感器变比为00A:2mA，P10保护型。该方案电流测量在1.2倍范围内达到0.5S精度,在8倍范围内满足
5、5S精度,而其过载能力按8倍计算，即给互感器加上5电流,通过取样电阻R1的电流为0.8mA,两端电压为0.886V。同时，给采样信号抬高电压UREF=1.2V，使交流信号的幅值大于零,便于D采样；在电路的输出端加入限压二极管,使输入电压限制在.V以下，能对A/D采样通道起到很好的保护作用。图2 电流采样电路图频率采样电路如图3所示。该电路采用MC6002双运放进行两级放大,初级放大倍数较小，且在初级与次级之间进行滤波处理，次级运放将交流信号整形为方波信号，通过边沿触发方式捕捉，然后在CPU内部计算测量频率。图3 频率采样电路图14人机交互界面人机交互界面的显示采用数码管或液晶两，用户可以根据实
6、际需要选择显示方式，输入采用按键方式。其中,数码管显示采用动态扫描方式,其驱动电路采用7HC595和三极管构成;液晶显示采用拓普威公司M1282BCW的12点阵中文液晶，其数据传输采用SP串口,可极大地节省C资源。同时,LD和C显示采用同一个SPI接口控制,使得两种显示方式可以通用。1.5 控制模块控制模块主要由开关量输入、输出组成，如图4所示。其中，开关量输入用于监测断路器、接触器的开关状态和采集现场的工业联锁状态,也可根据客户要求用于电动机的起停控制;开关量输出主要用于输出脱扣信号、报警信号和远程起停信号。图4 开关量输入输出电路16 通讯变送模块通讯模块采用RS-485模块Modu RT
7、通讯规约,能实现遥测、遥控、遥信等功能。而变送是将我们需要的电流信号转换为DC 2mA模拟量输出，方便与PLC、PC等控制机组成网络系统,实现电动机运行的远程监控。 软件设计AD2L的软件设计主要采用嵌入式C语言，其中保护器软件设计包括每次上电系统配置的初始化,按键寄存器复位，判断显示单元是数码还是液晶,继电器置位初始状态,A/D采样初始化以及电参量的计算与保护等。软件的主函数如下:od man(vo) Dsblntrrups; MCU_niti(）；/P初始化 if(_RES=0） /判断是数码管或液晶显示 e_orcd0; es led_or_lcd=1； PTBD_TDD； PDDDPD
8、4=; cd_init(); reover_FIRSFL(); /恢复内存校表数据 if(FISTFAG!=012)initflash(); elserecovr_byt（); niti_uart2(); relaall_inti(); /继电器至位初始状态 EnableItrp/启动中断 Vrefinit(）; samplngiit()； /D采样初始化 or(;) _SET_WACHDG(); if（ovlg=) /计算及保护 oer_fla=0; eau_ABC()； otet（); se(); / 变送输出 easue_requecy_(); /测频 rtc_time_deal（);
9、waring_al（）; troubleeal()； rogram1（); / 继电器可编程处理 eent_deal(); getkey()； DI_read(）; eset(）; / 复位 lapdeal(); stt(); / 统计总运行时间、停车时间 dilay(); / 测量数据和保护事件显示 A2L的软件流程主要包括AD信号采集程序、TP测频程序、电参量计算程序、保护处理程序、各种通讯协议处理程序等,部分程序流程如图5。图 5 主程序流程图(部分)3测试结果与精度验证电流准确度测试结果电流准确度测试源采用南京丹迪克的D-34B1交流采样变送器，其中对基波的测试是通过加4%畸变率的3次
10、谐波进行的。表1测试了6A规格的ARD2智能电动机保护器三相电流的有效值与基波值，由表中数据可看出,ARD2L智能电动机保护器在1%20%I测量范围内的精度满足0.5级,Ie为电机额定功率。表1 R智能电机保护器三相电流测试结果指标标准值6.3A规格A相B相C相有效值基波有效值基波有效值基波电流060.60.50.640.90.620586.36.2959131.26.25.897.5747.57.5.0547.03.2保护时间测试结果AR2L智能电机保护器具备起动超时、过载、欠载、短路、断相、不平衡、接地/漏电、堵转、阻塞、外部故障等保护功能，根据JT13620标准进行了保护时间测试,见表2
11、。表 R2L保护时间测试结果起动超时：脱扣延时（S）0.11009.9第一次.109.95099.882第二次0.17996593.859第三次0.9.96199.8阻塞保护:脱扣域值(20%)脱扣延时（）0.1500.第一次125.031596455第二次0.185.03756.58第三次.134.435641欠载保护:脱扣域值(50%）脱扣延时（S)0.15.0600.0第一次0.305.0196.01第二次0.44.6.96.3第三次0.129.01556.349不平衡保护:脱扣域值（30）脱扣延时（S）01.0600.第一次0.15.00359.400第二次0.131500596.第三次0.1215.0756.5接地/漏电保护:脱扣域值（8%或0mA)脱扣延时（S）.0.5600第一次0.110519.444第二次0.1240.528596432第三次0.1350.7596.416短路保护:脱扣域值（500%)脱扣延时（S)0.160.0第一次.135.7596.4第二次0.1339.6959647第三次0.13699676.526断相保护: 脱扣延时(S）.11.600.第一次0.12
