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电动机群的单片机保护系统
电动机群的单片机保护系统
电动机群的单片机保护系统第六图书馆设计了一种可以对工矿企业电动机群进行有效保护的微机系统。系统由MCS-51系列单片机构成的主机巡回检测各分机系统,能及时发现、显示并处理过载、断相、过流、短路等电动机故障,并改善了负载的检测方法。系统的主机与分机之间通过原有的电力线传输信息,安装方便、结构简单、造价低廉、可靠性高、维护管理十分方便,可以取代传统的单机分离式的电动机保护系统。设计了一种可以对工矿企业电动机群进行有效保护的微机系统。系统由MCS-51系列单片机构成的主机巡回检测各分机系统,能及时发现、显示并处理过载、断相、过流、短路等电动机故障,并改善了负载的检测方法。系统的主机与分机之间通过原有的电力线传输信息,安装方便、结构简单、造价低廉、可靠性高、维护管理十分方便,可以取代传统的单机分离式的电动机保护系统。
摘 要: 设计了一种可以对工矿企业电动机群进行有效保护的微机系统．系统由ＭＣＳ一５系列单片机构成的主机巡回检测各分机系统．能及时发现．显示并处理过载．断相．过流．短路等电动机故障，并改善了负载的楂测方法．系统的主机与分机之间通过原有的电力线传输信息，安装方便、结构简单、造价低廉、可靠性高、维护管理 十分方便．可取代传统的单机分离式的电动机保护系统．
关键词 电动机群；微机； 在大多数工矿企业中，诸如：粮油加工、机械、纺织等行业，通常设备上安装有 数十台甚至上百台的电动机，构成了一个电动机群。如何有效地保护好电动机群，防止短路、过载 过流、断相等事故的发生，维护生产设备的正常运行，降低生产成本，是人们急待解决的课题．然而，传统的电动机保护大多采用空气开关配合热继电 器的单机分离方式，断相保护使用独立配备的可选装置，其性能较差．实践证明．这 些传统的保护装置可靠性不高，难以满足生产需要．特别是用于多台电动机保护时， 既不便于维护也不便于管理． 笔者设计了针对多台三相交流电动机群的单片机保护系统。该系统的特点如下：用微机巡回检测技术，同时对多台三相交流电动机进行过载保护．既使多台电动机在短时间内同时发生过载事故，也能分别根据反时限过载特性按各台电动机的过载倍数并行处理，动作准确可靠．由于偶然原因发生短路和断相事故时，系统 也能进行有效的并行保护。动态显示故障电动机的位置 原因，并及时报警，便于现场控制人员管理 与维护。采用电力线作为控制信号和故障信号的传输通道，不必为电机保护而单独布线。因而使系统的安装容易，维护简单，成本大大降低。改善了电动机负载的检测方法。对于大、中、小容量电动机，均能够方便地 改进行负载检测。控微机与现场的分机电路采取了相应的抗干扰硬件与软件措施，使系统检测 主与控制的精度和可靠性大为增加。
当发现编码地址与自已的地址相符时，就及时的发出故障信号编码．该编码信号再由电力线耦合回主机．主机采用ＨＴ６８４Ｌ***，当单片机 口为低电平时．便将 由电力线传来的故障信号接收并锁存在Ｈ４Ｌ的ＤＩ．由于主机地址Ａ。～Ａ Ｔ６８端固定为０，只要故障编码地址与此相合，ＨＴ６８的Ｖ４ＬＴ端就输出正脉冲，使８３０ｌ中 断，完成故障数据的收取． ’ 分机部分如图２所示．其工作原理是．将检测信号经模数转换器ＡＤｃ００８４转换 成８位数字量以备主机检测。平时，译码器Ｈ２ＴＩＦ的、端为低电平，从而控制电力 丌载波芯片Ｌ１９Ｍ８３的ＴＲＸ端为接收状态．这样．当主机发出巡检地址编码时．该 Ｘ／－－分机就可收到．当收到的编码地址与该分机地址（ＤＩ开关设定的ｌ由Ｐ０位地址码）相 符合时，Ｈ２的、端发出正脉冲．用以控制编码器ＨＴ４Ｔ１Ｆ丌６０的使能端＿＇使 Ｌ１９Ｍ８３的Ｔ ｘ端呈现发送状态．由于ＨＴ４６０的地址设定与主机中译码器 ＨＴ６８４Ｌ的零地址相同．于是便把存在ＡＤＣ００存器中的检测数据通过电力线送到 ８４锁 主机的单片机８３中检查判断．当判断为过载且过载允许时间已到或发现有断相信号 ０ｌ时，主机向该分机系统先发出地址码 再发出停车信号，控制继电器Ｋ开断．对过载 允许时间的确定是．当过载倍数＜２５时，按过载特性查表确定．当过载倍数≥２５．． 时，立即发出停车信号，不再延时。 …一 ２主机硬件设计 主要分为四大部分。即：以８３０ｌ为核心的单片机主体电路；硬件看门狗电路和显 示键盘电路；以电力线载波通信芯片Ｌ１９Ｍ８３为核心的通信电路；以ＨＴ系列编，解码 芯片为核心的编 解码电路．下面对主要部分加以介绍： （）片机主体线路：ＣＵ采用８３，外扩程序存储器２６１单Ｐ０ｌ７４，共８ｋ．为了合理 配备资源，用Ｐ．Ｐ 串行扩展四片７Ｌ１４驱动ＬＤ显示器．Ｐ 接收外中断 ３与３ｓ４Ｓ６Ｅ３２源，Ｐ０与Ｐ 留作与上位机通讯使用。余下的Ｐ口、Ｐ３３１， 口线留给外围线路使用． ． （）２硬件看门狗电路和显示键盘电路：故障软化技术中*有效的措施是栗用独立硬 件电路支持的看门狗技术。电路如图３所示．电路的核心是计数器Ｃ００计数 Ｄ４６ 器。Ｃ００Ｄ４６可以由阻容器件构成独立的振荡时钟源．平时Ｃ００一直在对该时钟 Ｄ４６源的时钟计数，我们在计算机程序设计时保证可在Ｑ未计到ｌ，计算机除完成规定 前 工作外，插人**Ｃ４６计数器的指令．正常工作时计数器Ｃ００的Ｑ端将永远 Ｄ００Ｄ４６ 不会出现为ｌ的逻辑状态，看门狗不动作．而当程序出现混乱时，程序将发不出** Ｃ００计数值的指令，Ｑ就会很快为１从而产生看门狗启动脉冲，促使计算机 Ｄ４６ ，复位。 为了防止计算机系统硬件出现不可恢复故障，我们还加人Ｑ端作为报警信号 源．如Ｑ端为１表明看门狗连续８次启动微机仍然失控．说明单 机已损坏，这 ，，时报警灯点亮，提醒工作人员检修． 显示与键盘线线路比较简单，为了降低成本充分利用８３的资源，键盘线跷段有 ０ｌ http://www.6lib.com第六图书馆 第４期 张汉杰等：电动机群的单片机保护系统 ８ ３ 进行扩展，直接把余下的Ｐ与Ｐ口线连接按键．由于本系统键＾动作少。故已满足 ３要求．显示线路采用申行扩展技术，申行扩展四片７Ｌ１４驱动４片ＬＥ显示器，线路 ４Ｓ６Ｄ如图４所示。该线路的**之处在于省去了共８ｘ＝３ ４２个降压电阻，而统一在５电 Ｖ 压源接＾处用两支Ｉ０７极管降压，效果不错，简化了传坑的ＬＤ驱动线路．Ｎ４０二Ｅ 图３硬件看门狗线路 图４显示器驱动线路 关于电力载波通信ＩＬＩ９ＣＭ８３和ＨＴ系列编、解码Ｉ片的有关内容请参阅文献 ｃ芯【］文献［。２和３ ］ ３分机硬件设计 分机部分主要由两大部分组成．如图２所示，其一是电机电流信号检测电路。传 统的电机电流检测，一般采用电流互感器，缺点是只适台于中大型电机，对于小型电 机却没有与之匹配型号的电流互感器。且大多数情况下信号功率较大，换调整困难。变 本系统采用一种电流变换器Ｔ来检测负载电流，Ｔ的原次侧电流Ｊ与付次侧电压 有 ．固定的变换蓑系，通过原侧ａ与ｂ点并鞋一相负载线的方式测取电机电流．当一相负 载电流Ｊ为额定值 时，只要调控ａ与ｂ间距离，便可使Ｖ＝２ （在本系统中 ＝２Ｖ，为 第六图书馆 ８ ４ 哈 尔 滨 建 筑 大 学 学 报 第３ｌ卷 标么化电压），一般情况下Ｖ＋ ·２＝ ，其中ｋ为由ａ、ｂ间负载线阻抗五决定的变 换系数。这样对电流检测信号进行了标么化处理，好处是无论大、中、小型电机，都 可通过调节ａ、ｂ问距离，设定系数 ，用变化范围相同的１表示对应电机的额定 斗电流 实用性强、安装简便、可靠。测取 之后，经整流、滤波、限幅、延时， ｕ Ｗ 输人到ＡＤＣ００８４中进行模数转换供主机检测用 其二是 断信检电。本统过相波流，Ｄ二 二相号测路系通三半整器Ｄａ ： Ｄ ．（）示。这日通过电阻Ｒ、分压后，使三极管ｖ由 ｂ所寸２Ｒ３ … 检测缺相信号。三相半波整流电路正常电压波形如图５ａ所 （）（、、／—×，一 示的当缺相时（Ｖ相断相）则波形出现过零点豁口，图５Ｊ Ｌ— — 。Ｌ＿如，如 。－ 图５断相信号的采样 导通变为截止状态，其集电极输出的高电平信譬经ＲＳ触发器锁存，为断相异常信 将作号，供微机检测
系统软件设计 系统的软件主程序框图，首先进行韧始化，然后判断有无键人命令， 如有则进行键人命令的执行，如无则进人巡检状态 发现故障后记录故障类型与号 址，然后进人故障处理模块，分别依故障类型进行断相、过载、短路与过流、停机等 处理。当发现某分机检测信号与给定值比较大于ｌ，便进行多任务延时处理。预先 时把电动机反时限过载曲线存于ＥＲＯＭ中，当发现有延时任务时，就设置８位延时标 Ｐ志字，每一标志可控制８个延时任务，然后设置延时任务表，在表中置上当前延时起 始时问，从过载特性Ｉ中查出对应延时长度记人表中，并查到延时结束后程序要 珀线 图６软件主程序框图 第六图书馆 第４期 张汉杰等：电动机群的单片机保护系统 ８ ５ 转向的人口地址。当主程序循环查询延时标志字，旦发现某一位或几位为１时，一便 确定对应分机故障，时有效，表中延时起始时问，时长度以及程序人口地址记 延把延下 之后，每查询到该标志位时，用当前的实时时间与该延时任务表中的延时起始时 就间作减法运算，直到其差值等于该延时任务表中的延时值时，表示延时已到，程序立即转 向 延时任务表 指定的程序人口，行停车处理程序，理完毕，除该延时标志字的 执处清对应位，即撤消了该延时任务。
结束语 本系统是以ｇ３Ｏ１单片机为核心构成的巡回检测系统，能及时发现过载、断相故 障，并及时显示．分析故障，对故障现象及时处理，对多电动机场台的维护管理十 分方便。如在分机系统设置电压，相序等检测环节．还可对过压、欠压、错相故障进 行有效保护．由于通过电力线传输信息，因此安装方便，造价低。对电力线的耦 合，*好将主机、各分机系统都接到同一相中，信号传输效果更佳。
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