一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器的制造方法
【專利摘要】一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器,屬于機(jī)電保護(hù)和故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】,其特征在于:對三相電機(jī)的啟動和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控器,即包括電機(jī)在啟動和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載故障進(jìn)行報警和保護(hù),顯示電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流、單相及三相功率計量的有功、無功、功率因素,電機(jī)設(shè)備漏電流、電機(jī)溫度、電機(jī)累積運(yùn)行時間和時鐘參數(shù),記錄和查詢出現(xiàn)故障保護(hù)時的電機(jī)運(yùn)行電壓和電流。本發(fā)明采用主機(jī)與電流互感器分體機(jī)構(gòu),既可構(gòu)成分體型,又可組合在一起構(gòu)成一體型,可以滿足用戶不同柜型的安裝需求。
【專利說明】 一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)電保護(hù)和故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及三相電機(jī)在啟動和運(yùn)行狀態(tài)時進(jìn)行實時監(jiān)控,能夠及早發(fā)現(xiàn)電動機(jī)的運(yùn)行故障,并根據(jù)故障類型的不同給出響應(yīng)信號,達(dá)到及時有效的保護(hù)電動機(jī),防止破壞性和災(zāi)難性事故發(fā)生的技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器設(shè)備是指電機(jī)在啟動和運(yùn)行過程中出現(xiàn)短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載等故障時有很靈敏的保護(hù)作用,能及時有效可靠的保護(hù)電動機(jī)。電動機(jī)是一種實現(xiàn)機(jī)、電能轉(zhuǎn)換的電磁裝置。電動機(jī)是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的,反過來電動機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的不斷提高。電動機(jī)作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位,它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè),是工業(yè)農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保障,確保電機(jī)的正常運(yùn)行十分重要,而在實際使用中造成電機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮,因此做好電動機(jī)的保護(hù)對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益,保證安全生產(chǎn)具有重要意義,而隨著生產(chǎn)過程自動化水平的不斷提高,對電動機(jī)的安全運(yùn)行要求也越來越高。傳統(tǒng)的電動機(jī)保護(hù)裝置大多由分離的元器件或是集成電路組成的電子線路,由于器件和電路的原因,保護(hù)電路的可靠性和靈敏性都存在一些問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工藝的不斷完善,為滿足自動化生產(chǎn)的要求,需要進(jìn)一步完善電動機(jī)的控制盒保護(hù)等級,達(dá)到及時有效可靠的保護(hù)電動機(jī)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,繼電保護(hù)技術(shù)的智能化成為必然趨勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器,其特征在于該監(jiān)控器是一種三相電機(jī)在啟動和運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)控器,包括電機(jī)在啟動和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載故障進(jìn)行報警和保護(hù),可顯示電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流、單相及三相功率計量(有功、無功、功率因素)電機(jī)設(shè)備漏電流、電機(jī)溫度、電機(jī)累積運(yùn)行時間和時鐘參數(shù),可記錄和查詢出現(xiàn)故障保護(hù)時的電機(jī)運(yùn)行電壓和電流。它由:信號采集裝置、信號智能處理器、故障參數(shù)的記錄和查詢裝置和編程實現(xiàn)裝置組成:
信號采集裝置
所述的信號采集部分是對電流、電壓、漏電和溫度信號的采集。其中利用ADE7758ARW的三個單端輸入通道進(jìn)行電壓信號的采集,電壓變化的最大范圍為±0.5V,利用ADE7758ARW的電流通道采集三對差分電壓,三路對應(yīng)的輸入電壓可設(shè)置為±0.5V,±0.25V,±0.125V。ADE7758ARW的片選,串行時鐘信號、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出以及中斷請求信號線直接與單片機(jī)AT89C51對應(yīng)的I/O 口相連從而實現(xiàn)通訊。利用LMV358ID搭建的兩級放大電路采集漏電信號,然后傳送給AT89C51的I/O 口。溫度采集是單片機(jī)通過RS485通訊從溫度設(shè)計模塊讀取過來的。
[0004]信號智能處理器 電壓和電流信號由ADE7758ARW采集到后在內(nèi)部做大量運(yùn)算的,ADE7758ARW有6路模擬量輸入,分成電流和電壓兩個通道。電流和電壓通道各有一個可編程增益放大器增益大小可設(shè)為1,2或4。其內(nèi)部會進(jìn)行有效值測量、周期和頻率值測量、有功電能計量、無功電能計量和視在電能計量的計算和處理,結(jié)果都儲存在相應(yīng)寄存器中。ADE7758ARW的各種設(shè)定、操作和數(shù)據(jù)讀取都是通過這些寄存器實現(xiàn)的。每個寄存器在讀寫時首先要執(zhí)行一個寫通道寄存器的操作,然后開始傳輸數(shù)據(jù),這里單片機(jī)AT89C51通過片選和時鐘信號線的控制向ADE7758ARW寫入或者讀出所需的參數(shù)信息,通過這些參數(shù)信息判斷電機(jī)目前的工作狀態(tài),進(jìn)而做出相應(yīng)的動作。漏電信號采集是經(jīng)過運(yùn)算放大電路處理之后把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī),單片機(jī)對數(shù)據(jù)處理后判斷是否存在漏電現(xiàn)象,然后執(zhí)行相應(yīng)動作。單片機(jī)AT89C51作為主控芯片,用來判斷獲得的信號參數(shù)是否出現(xiàn)異常,進(jìn)而對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)或報警。
[0005]故障參數(shù)的記錄和查詢部分裝置
故障參數(shù)的記錄和查詢是指電機(jī)在啟動和運(yùn)行階段出現(xiàn)故障時,單片機(jī)AT89C51會把出現(xiàn)的故障保護(hù)時的參數(shù)存儲并提供查詢功能。在單片機(jī)AT89C51外圍設(shè)備中連接了存儲芯片AT24C256和時鐘芯片DS13072,這樣就可以把出現(xiàn)故障時的電機(jī)運(yùn)行電壓、電流及發(fā)生的時間等存儲起來,并通過查詢功能找出故障原因。
[0006]編程實現(xiàn)裝置
由于實現(xiàn)上述分析主控處理器只需進(jìn)行少量運(yùn)算,因此AT89C51單片機(jī)完全可以勝任。在顯示部分采用STC12LE5612AD處理器,通過串口和AT89C51單片機(jī)通訊完成多只LED指示燈和5位數(shù)碼管顯示功能以及4只按鍵操作。為滿足在惡劣環(huán)境下如石化、冶煉、選煤等工礦企業(yè)的使用需求,必須將系統(tǒng)做成易于安裝的產(chǎn)品,因此在C語言環(huán)境下進(jìn)行編程實現(xiàn)智能分析,借助工具庫完成軟件的編程,最終下載到AT89C51和STC12LE5612AD單片機(jī)中,完成廣品化。
[0007]所述的信號智能處理裝置還包括具有3路可編程繼電器無源觸點輸出,以實現(xiàn)開關(guān)量報警輸出、保護(hù)輸出、連鎖輸出或電機(jī)降壓啟動控制。
[0008]本發(fā)明一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器的優(yōu)點在于:
(I)采用主機(jī)與電流互感器分體機(jī)構(gòu),既可構(gòu)成分體型,又可組合在一起構(gòu)成一體型,可以滿足用戶不同柜型的安裝需求。
[0009](2)保護(hù)器面板可顯示電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流、電機(jī)設(shè)備漏電流等參數(shù),并可記錄和查詢出現(xiàn)故障保護(hù)時的電機(jī)運(yùn)行電壓、電流等參數(shù)。
[0010](3)功能強(qiáng)大,具有RS485通信接口,采用Modbus RTU通信協(xié)議,可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。
[0011](4)具有兩路繼電器的無源觸點輸出,可作為保護(hù)連鎖輸出和開關(guān)量報警輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例一(一體型)的外形結(jié)構(gòu)圖;
圖2是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)方框圖;
圖3是本發(fā)明實施例一電壓和電流信號的采集電路圖;
圖4是本發(fā)明實施例一的信號智能處理器CPU模塊的電路原理圖;
圖5是本發(fā)明實施例一的串口通訊任務(wù)圖;
圖6為本發(fā)明實施例一顯示部分的接口電路圖。[0013]圖7是本發(fā)明實施例二 (分體型)的外形結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖中,1、主機(jī),2、電流互感器。
【具體實施方式】
[0015]結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做出進(jìn)一步的詳細(xì)說明如下:
實施例一:如圖1所示,本實施例采用主機(jī)I與電流互感器2組合在一起構(gòu)成一體型。
[0016]如圖2所述,本發(fā)明一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器,包括信號采集、信號智能處理、故障參數(shù)存儲和編程實現(xiàn)部分。在信號采集中電壓和電流信號是經(jīng)過ADE7758ARW處理后由處理器AT89C51讀取電流、電壓信息,漏電和開關(guān)量輸入是直接輸入到處理器的I/O口。處理器在接受到輸入信息后進(jìn)行處理,然后做出相應(yīng)的動作,其中包括向STC12LE5612發(fā)送顯示命令和繼電器的保護(hù)動作。
[0017]如圖3所述,是本發(fā)明的電流和電壓信號的采集電路。本發(fā)明ADE7758ARW的IAP管腳接C15電容和R30電阻的一腳,C15電容的另一腳接地,R30電阻的另一腳連接IA+,IAN管腳接C14電容和R27電阻的一腳,C14電容的另一腳接地,R27電阻的另一腳連接IA-,在IA+和IA-之間接入R28和R29電阻,IBP管腳接C13電容和R26電阻的一腳,C13電容的另一腳接地,R26電阻的另一腳連接IB+,IBN管腳接C12電容和R23電阻的一腳,C12電容的另一腳接地,R23電阻的另一腳連接IB-,在IB+和IB-之間接入R24和R25電阻,ICP管腳接Cll電容和R22電阻的一腳,Cll電容的另一腳接地,R22電阻的另一腳連接IC+,ICN管腳接ClO電容和R19電阻的一腳,ClO電容的另一腳接地,R19電阻的另一腳連接IC-,在IC+和IC-之間接入R20和R21電阻,ADE7758ARW利用IA+和IA_、IB+和IB-、IC+和IC-采集三對差分電壓,三路對應(yīng)的輸入電壓可設(shè)置為±0.5V,±0.25V,±0.125V。ADE7758ARW的VAP管腳接由C9和R18組成的濾波保護(hù)電路以及R6電阻的一腳,R6電阻的另一腳接UA,VBP管腳接由C8和R3組成的濾波保護(hù)電路以及R5電阻的一腳,R5電阻的另一腳接UB,VCP管腳接由Cl和R2組成的濾波保護(hù)電路以及R4電阻的一腳,R4電阻的另一腳接UC,利用ADE7758ARW的三個單端輸入通道UA、UB、UC進(jìn)行電壓信號的采集,電壓變化的最大范圍為 ±0.5V。
[0018]如圖4所述,是本發(fā)明故障參數(shù)的記錄和存儲電路原理圖。圖中主要由四個芯片,即處理器AT89C51、存儲器AT24C256和鐵電存儲器FM24C64以及時鐘芯片DS1307,當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障保護(hù)時,處理器會讀出時鐘數(shù)據(jù)并且連同其它保護(hù)參數(shù)存儲到AT24C256中,供以后查詢故障原因,鐵電存儲器FM24C64是用來實時存儲數(shù)據(jù),每0.5S存儲一次。本發(fā)明中處理器AT89C51的XTALl和XTAL2管腳之間接入晶振X4的兩腳,晶振X4的兩腳分別接電容C25和C26的一腳,電容C25和C26另一腳接地完成處理器的起振電路;AT89C51的P0.6腳接AT24C256的SDA腳和DS1307的SDA腳用于數(shù)據(jù)傳輸,AT89C51的P0.7腳接AT24C256的SCL腳和DS1307的SCL腳用于控制時序,DS1307的Xl和X2腳之間接入晶振X3完成振蕩電路,VCC和GND腳分別接電源和地,Vbat腳接外部供電電路電池的正極,保證在斷電情況下外部電源可以供電從而保證時鐘正確,AT24C256的VCC腳接電源5V,A0、A1、A2、VSS腳都接地;AT89C51 的 P0.0 腳接 FM24C64 的 SCL 腳,P0.1 腳接 FM24C64 的 SDA 腳,F(xiàn)M24C64 的A0、A1、A2、WP、VSS腳都接地,這樣AT89C51和FM24C64之間就可以完成數(shù)據(jù)傳輸和存儲實現(xiàn)實時的存儲數(shù)據(jù)。[0019]如圖5所述,本發(fā)明的串口接收任務(wù)的設(shè)計說明,是按照PR0FIBUS通訊協(xié)議或MODBUS協(xié)議處理監(jiān)控器和上位機(jī)交換信息。任務(wù)分為兩個兩大分支,根據(jù)硬件設(shè)計進(jìn)入PR0FIBUS通訊協(xié)議處理或是MODBUS協(xié)議RTU方式處理,也就是在收到上位機(jī)信息后進(jìn)行分解,根據(jù)上位機(jī)的請求類型分別處理后應(yīng)答。
[0020]首先當(dāng)有通訊任務(wù)時判斷是否是485通訊,若判斷結(jié)果為否則進(jìn)入分支一處理(PR0FIBUS協(xié)議處理),如果判斷結(jié)果為是則進(jìn)入分支二處理(M0DBUS協(xié)議處理)。在分支一處理中是與SPC3交互直到交互成功,然后0.5秒給SPC3發(fā)送一次數(shù)據(jù)。在分支二處理中先等待上位機(jī)信息,直到條件具備時判斷是否是呼叫本機(jī),若不是呼叫本機(jī)則把接收計數(shù)器清零,等待下一次通訊任務(wù),若確定是呼叫本機(jī)則計算校驗碼,計算完成后判斷校驗碼是否正確,若校驗碼判斷錯誤則把接收計數(shù)器清零,等待下一次通訊任務(wù),若校驗碼判斷正確則再判斷執(zhí)行上位機(jī)的命令是否正確,若上位機(jī)的命令執(zhí)行錯誤則把接收計數(shù)器清零,等待下一次通訊任務(wù),若上位機(jī)執(zhí)行命令正確則再計算校驗碼,校驗碼計算完成后開始啟動發(fā)送數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)發(fā)送完成后也就是本次通訊任務(wù)結(jié)束,等待下一次的通訊任務(wù)。
[0021]如圖6所述,本發(fā)明的顯示部分接口電路圖,在顯示部分采用STC12LE5612AD處理器,完成多只LED指示燈和5位數(shù)碼管顯示功能以及4只按鍵操作。圖中有兩個SN74HC5%D,其中一個用于數(shù)碼管的數(shù)據(jù)輸出,另一個為發(fā)光二極管的數(shù)據(jù)輸出。主要實施過程為當(dāng)STC12LE5612AD處理器接到顯示命令后,通過片選功能控制兩個SN74HC5%D輸出顯示數(shù)據(jù)到相應(yīng)的數(shù)碼管或者二極管,刷新顯示內(nèi)容。
[0022]實施例二:如圖7所示,本實施例采用主機(jī)I與電流互感器2為分體機(jī)構(gòu),以滿足用戶不同柜型的安裝需求;其它結(jié)構(gòu)與實施例一相同。
【權(quán)利要求】
1.一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器,其特征在于:對三相電機(jī)的啟動和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控器,即包括電機(jī)在啟動和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載故障進(jìn)行報警和保護(hù),顯示電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流、單相及三相功率計量的有功、無功、功率因素,電機(jī)設(shè)備漏電流、電機(jī)溫度、電機(jī)累積運(yùn)行時間和時鐘參數(shù),記錄和查詢出現(xiàn)故障保護(hù)時的電機(jī)運(yùn)行電壓和電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器,其特征在于:由信號采集裝置、信號智能處理器、故障參數(shù)的記錄和查詢裝置和編程實現(xiàn)裝置組成; 所述信號采集裝置對電流、電壓、漏電和溫度信號的采集,它包括ADE7758ARW、單片機(jī)AT89C51,利用ADE7758ARW的三個單端輸入通道進(jìn)行電壓信號的采集,電壓變化的最大范圍為±0.5V,利用ADE7758ARW的電流通道采集三對差分電壓,三路對應(yīng)的輸入電壓可設(shè)置為±0.5V,±0.25V,±0.125V ;ADE7758ARff的片選,串行時鐘信號、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出以及中斷請求信號線直接與單片機(jī)AT89C51對應(yīng)的I/O 口相連從而實現(xiàn)通訊;利用LMV358ID搭建的兩級放大電路采集漏電信號,然后傳送給AT89C51的I/O 口 ;溫度采集是單片機(jī)通過RS485通訊從溫度設(shè)計模塊讀取過來的; 所述信號智能處理器包括ADE7758ARW、單片機(jī)AT89C51,電壓和電流信號由ADE7758ARW采集到后在內(nèi)部做大量運(yùn)算的,ADE7758ARW有6路模擬量輸入,分成電流和電壓兩個通道;電流和電壓通道各有一個可編程增益放大器增益大小可設(shè)為1,2或4 ;其內(nèi)部會進(jìn)行有效值測量、周期和頻率值測量、有功電能計量、無功電能計量和視在電能計量的計算和處理,結(jié)果都儲存在相應(yīng)寄存器中;ADE7758ARW的各種設(shè)定、操作和數(shù)據(jù)讀取都是通過這些寄存器實現(xiàn)的;每個寄存器在讀寫時首先要執(zhí)行一個寫通道寄存器的操作,然后開始傳輸數(shù)據(jù),這里單片機(jī)AT89C51通過片選和時鐘信號線的控制向ADE7758ARW寫入或者讀出所需的參數(shù)信息,通過這些參數(shù)信息判斷電機(jī)目前的工作狀態(tài),進(jìn)而做出相應(yīng)的動作;單片機(jī)AT89C51將采集到的漏電信號數(shù)據(jù)經(jīng)過分析、處理后判斷是否存在漏電現(xiàn)象,然后執(zhí)行相應(yīng)動作;單片機(jī)AT89C51作為主控芯片,用來判斷獲得的信號參數(shù)是否出現(xiàn)異常,進(jìn)而對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)或報警; 所述故障參數(shù)的記錄和查詢裝置提供電機(jī)在啟動和運(yùn)行階段出現(xiàn)故障時的電壓、電流及發(fā)生時間存儲起來,并通過查詢功能找出故障原因;它包括單片機(jī)AT89C51,在單片機(jī)AT89C51外圍設(shè)備中連接了存儲芯片AT24C256和時鐘芯片DS13072 ; 所述編程實現(xiàn)裝置包括AT89C51單片機(jī)、STC12LE5612AD處理器,STC12LE5612AD處理器通過串口和AT89C51單片機(jī)通訊完成多只LED指示燈和5位數(shù)碼管顯示功能以及4只按鍵操作。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種三相電機(jī)的智能綜合監(jiān)控器,其特征在于所述的信號智能處理器包括具有3路可編程繼電器無源觸點輸出,以實現(xiàn)開關(guān)量報警輸出、保護(hù)輸出、連鎖輸出或電機(jī)降壓啟動控制。
【文檔編號】G05B19/042GK103699032SQ201310665673
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】陳威寧, 牛昱光, 郭文斌, 李戈兵, 丁力, 賈瑞 申請人:山西華控偉業(yè)科技有限公司