專利名稱：模塊化電機綜合控制保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模塊化電機綜合控制保護器，尤其涉及多種檢測參數(shù)、多種保護功能、多種電機運行控制以及相配合的現(xiàn)場總線通訊接口功能的保護器，屬于電機控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電機是一種使用普遍的機器配套產(chǎn)品，特別在一些重要的成套設(shè)備中，為了確保設(shè)備安全、延長電動杌使用壽命，制造商開發(fā)了多種保護功能的電動機保護器。
目前，國內(nèi)對電機保護多采用熱繼電器或模擬電子線路保護器，上述保護器保護功能少，精度低，可靠性差，缺乏現(xiàn)場總線通訊接口，無法進行數(shù)據(jù)交換，因而也無法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化管理的要求。
況切，多數(shù)電子式電動機保護器采用一體式結(jié)構(gòu)，體積大，互換性差，不適于小體積開關(guān)控制柜中安裝。另外大多電動機保護器只對電流進行檢測，沒有電壓檢測功能，保護不全面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能作多種參數(shù)檢測、具有多種保護功能、多種電機運行控制以及相配合的現(xiàn)場總線通訊接口功能的保護器。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該綜合保護器包括主體模塊、電流檢測模塊、遠(yuǎn)程顯示控制模塊及上位機監(jiān)視控制軟件。所述的監(jiān)視控制軟件包括主程序、時間中斷程序、通訊中斷程序。
所述的主體模塊包括電壓信號輸入、電流傳感器、零序電流傳感器、輸入模塊Input+光隔、信號放大及處理電路、中央微處理器、輸出模塊output、存儲單元EEPROM、溫度測量IC、實時時鐘IC、HMI液晶+按鍵、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks；電源模塊供電；上述電路之間的信號傳遞電壓信號輸入、電流傳感器、零序電流傳感器、輸入模塊Input+光隔，傳送到信號放大及處理電路后進入中央微處理器處理，中央微處理器處理后可以到輸出模塊output或到存儲單元EEPROM存儲；溫度測量IC、實時時鐘IC將測量的數(shù)據(jù)送到中央微處理器處理；經(jīng)過中央微處理器處理的數(shù)據(jù)與HMI液晶+按鍵、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks互傳。
其中檢測參數(shù)包括A相電流、B相電流、C相電流、平均電流、A相電壓、B相電壓、C相電壓、平均電壓、總功率、有功率、無功功率、功率因素、消耗電能等。
其中保護功能包括過載保護、斷相保護、不平衡保護、剩余電流保護、堵轉(zhuǎn)保護、阻塞保護、欠載保護、溫度(PTC)保護、欠壓保護、過壓保護、欠功率保護等。
其中控制功能包括起動控制、停止控制、緊急停止控制、直接起動控制、雙速電機控制、可逆電機控制、星-三角起動控制、自耦降壓起動控制、電阻降壓起動控制等。
本發(fā)明的有益效果這是具有多種檢測、控制與保護功能的模塊化電機綜合控制保護器，它集多種參數(shù)檢測、多種保護功能、多種控制功能于一體，并具有現(xiàn)場總線通訊接口，體積小巧，接線方便，可靠性高，是一種有推廣價值的電機綜合控制保護器。


圖1為本發(fā)明的電機綜合控制保護器主體模塊原理框圖；圖2為本發(fā)明的電機綜合控制保護器信號采樣電路模塊電路原理圖；圖3為本發(fā)明的電機綜合控制保護器互感器二次電流信號采樣電路模塊電路原理圖；圖4本發(fā)明的電機綜合控制保護器高分?jǐn)嗬^電器輸出電路模塊電路原理圖；圖5為本發(fā)明的電機綜合控制保護器有源高速數(shù)字量輸入檢測電路模塊電路原理圖；圖6為本發(fā)明的電機綜合控制保護器4-20mA模擬量輸出電路模塊電路原理圖；圖7為本發(fā)明的電機綜合控制保護器線性熱敏電阻阻值檢測電路模塊電路原理圖；圖8為本發(fā)明的電機綜合控制保護器現(xiàn)場總線通訊接口電路模塊電路原理圖。
圖9(圖9-1、圖9-2、圖9-3)為本發(fā)明的電機綜合控制保護器的主程序流程圖；圖10為本發(fā)明的電機綜合控制保護器的時間中斷程序流程圖；圖11為本發(fā)明的電機綜合控制保護器的通訊中斷程序流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
本電機綜合控制保護器包括主體模塊、電流檢測模塊、遠(yuǎn)程顯示控制模塊及上位機監(jiān)視控制軟件。
參照圖1，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器主體模塊原理框。
所述的主體模塊包括包括電壓信號輸入1、電流傳感器2、零序電流傳感器3、輸入模塊Input+光隔4、信號放大及處理電路5、中央微處理器6、輸出模塊output7、存儲單元EEPROM 8、溫度測量IC 9、實時時鐘IC 10、HMI液晶+按鍵11、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks12；電源模塊供電13；
上述電路之間的信號傳遞電壓信號輸入1、電流傳感器2、零序電流傳感器3、輸入模塊Input+光隔4，傳送到信號放大及處理電路5后進入中央微處理器(6)處理，中央微處理器處理后可以到輸出模塊output7或到存儲單元EEPROM 8存儲；溫度測量IC 9、實時時鐘IC 10將測量的數(shù)據(jù)送到中央微處理器6處理；經(jīng)過中央微處理器處理的數(shù)據(jù)與HMI液晶+按鍵11、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks12互傳；參照圖2，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器信號采樣電路模塊電路原理圖。
所述的信號采樣電路模塊電路，電壓為380V，信號采樣電路模塊包括信號采樣及降壓電路、運算放大器信號跟隨電路。
參照圖3，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器互感器二次電流信號采樣電路模塊電路原理圖。
所述的傳感器二次電流信號采樣電路模塊電路包括精密功率電阻信號采樣電路、運算放大器信號跟隨電路。
參照圖4，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器高分?jǐn)嗬^電器輸出電路模塊。
所述的高分?jǐn)嗬^電器輸出電路模塊包括控制信號光電隔離電路、輸出放大電路、繼電器保護電路。
參照圖5，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器有源高速數(shù)字量輸入檢測電路模塊。
所述的有源高速數(shù)字量輸入檢測電路模塊包括有源數(shù)字量輸入信號檢測電路、數(shù)字輸入信號光電隔離電路、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行數(shù)據(jù)電路。
參照圖6，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器4-20mA模擬量輸出電路模塊，包括主微處理器PWM輸出隔離電路、頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路、運算放大器信號跟隨電路以及輸出恒流源電路。
參照圖7，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器線性熱敏電阻阻值檢測電路模塊，包括熱敏電阻電壓采樣電路，串行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片電路，信號線隔離電路。
參照圖8，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器現(xiàn)場總線通訊接口電路模塊，包括信號線隔離電路、總線通訊電平轉(zhuǎn)換電路及輸出保護電路。
參照圖9，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器的主程序流程圖。
所述的主程序，存儲在中央微處理器6中，該電機綜合控制保護器從上電開始，主程序便開始運行，其步驟如下從<設(shè)定SFR>14開始，進入<EEPROM讀設(shè)定值>15，<設(shè)定參數(shù)；開定時器0>16，<turn＝1？且FAULT＝0？>17進行判斷，如果否，則進入<自復(fù)位標(biāo)識＝1&FUALT＝1？>51；如果是，則進入<turn＝0>18，<采樣電流、電壓值處理計算有效值>19，<I>10Ie？>20進行判斷，如果是，則進入<COUT2++>21、<COUT2>2？>22，如果是，則進入<送故障標(biāo)志>23；如果否，則進入<起動標(biāo)識＝0？>24進行判斷，如果否，則進入<起動標(biāo)識＝1？>36進行判斷；如果是，則進入<START＝0？>25進行判斷，如果否，則進入<START＝1？>29進行判斷；如果是，則進入<I>Ie？>26進行判斷；如果否，則進入<定時器0中斷服務(wù)程序>54；如果是，則進入<延時0.15>27、<START＝1>28、<START＝1>29進行判斷；如果否，則進入<起動標(biāo)識＝1？>36；如果是，則進入<Q值判斷(冷態(tài)值)>30、<到1/2起動時間？>31進行判斷；如果否，則進入<到起動時間？>34；如果是，則進入<I>6Ie？>32進行判斷；如果是，則進入<三次判斷后送故障標(biāo)志(起動堵轉(zhuǎn))>33；如果否，則進入<到起動時間？>34；如果否，則進入<起動標(biāo)識＝1？>36；如果是，則進入<起動標(biāo)識＝1>35、<起動標(biāo)識＝1？>36；如果否，則進入<輸入/輸出邏輯處理>47；<起動標(biāo)識＝1？>36；如果是，則進入<不平衡處理>37、<F>設(shè)定值？>38；如果是，則進入<時間延時到？>39進行判斷；如果是，則進入<延時判斷送故障標(biāo)志>40；<時間延時到？>39，如果否，則進入<Q值計算>41、<Q>熱量上限(熱態(tài))？>進行判斷；如果是，則進入<送故障標(biāo)志>43；如果否，則進入<欠電流判斷>44、<接地電流判斷>45、<電壓判斷>46、<輸入/輸出邏輯處理>47、<查詢HMI>48、<有故障標(biāo)志？>49進行判斷；如果否，則進入<有復(fù)位標(biāo)識＝I&FUALT＝I1？>51進行判斷；如果是，則進入<過延時時間？>52、<FAULT＝0>53。
參照圖10，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器的時間中斷程序流程圖。
所述的時間中斷程序，存儲在中央微處理器6中，在主程序中的<設(shè)定參數(shù)；開定時器0>16開始運行，時間中斷程序其步驟如下從<定時器0中斷服務(wù)程序>54開始、<重裝定時器0>55、<三相電流、電壓、零序電流A/D采樣COUNT1++>56，<前次采樣平方和計算>57、<采樣結(jié)果存寄存器>58、<COUNT1到額定次數(shù)(一周期)？>59進行判斷；如果否，則進入<時間標(biāo)識TT++>61；如果是，則進入<Turn＝1將累加和賦給變量>60、<時間標(biāo)識TT++>61、<中斷處理結(jié)束>62。
參照圖11，這是本發(fā)明的電機綜合控制保護器的通訊中斷程序流程圖。
所述的通訊中斷程序，存儲在中央微處理器6中，當(dāng)外界有信息進入時，該程序便開始運行。
其流程步驟如下從<通訊中斷服務(wù)程序>63開始，進入<報文接收中斷>64進行判斷；如果是，則進入<通訊接收處理程序>65、<寄存器設(shè)定>67；如果否，則進入<通訊發(fā)送處理程序>66、<寄存器設(shè)定>67、<通訊中斷處理結(jié)束>68。
為了更清楚說明電機綜合控制保護器的工作原理和功能，下面作一些筒要說明。
電機綜合控制保護器主體模塊檢測電壓和電流檢測模塊二次電流信號進行處理和運算實現(xiàn)多種控制保護功能，電流檢測模塊檢測電機三相電流和零序電流信號并傳送給主體模塊，遠(yuǎn)程顯示控制模塊通過和主體模塊相連及通訊實現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)顯示和控制主體模塊輸出。上位機監(jiān)視控制軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視該控制保護器的參數(shù)及實施控制功能。
權(quán)利要求
1.模塊化電機綜合控制保護器，包括一主體模塊，其特征在于所述的主體模塊包括電壓信號輸入(1)、電流傳感器(2)、零序電流傳感器(3)、輸入模塊Input+光隔(4)、信號放大及處理電路(5)、中央微處理器(6)、輸出模塊output(7)、存儲單元EEPROM(8)、溫度測量IC(9)、實時時鐘IC(10)、HMI液晶+按鍵(11)、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks(12)；電源模塊供電(13)；上述電路之間的信號傳遞電壓信號輸入(1)、電流傳感器(2)、零序電流傳感器(3)、輸入模塊Input+光隔(4)，傳送到信號放大及處理電路(5)后進入中央微處理器(6)處理，中央微處理器處理后可以到輸出模塊output(7)或到存儲單元EEPROM(8)存儲；溫度測量IC(9)、實時時鐘IC(10)將測量的數(shù)據(jù)送到中央微處理器(6)處理；經(jīng)過中央微處理器處理的數(shù)據(jù)與HMI液晶+按鍵(11)、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks(12)互傳；該保護器還包含存儲在中央微處理器中的控制軟件主程序、時間中斷程序和通訊中斷程序。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的信號采樣電路包括，電壓為380V，信號采樣電路模塊包括信號采樣及降壓電路、運算放大器信號跟隨電路。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的傳感器二次電流信號采樣電路，包括精密功率電阻信號采樣電路、運算放大器信號跟隨電路。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的輸出模塊，包括控制信號光電隔離電路、輸出放大電路、繼電器保護電路。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的輸入模塊，包括有源數(shù)字量輸入信號檢測電路、數(shù)字輸入信號光電隔離電路、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行數(shù)據(jù)電路。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的輸出模塊，包括主微處理器PWM輸出隔離電路、頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路、運算放大器信號跟隨電路以及輸出恒流源電路。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的線性熱敏電阻阻值檢測電路模塊，包括熱敏電阻電壓采樣電路，串行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片電路，信號線隔離電路。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的通訊接口，包括信號線隔離電路、總線通訊電平轉(zhuǎn)換電路及輸出保護電路。
9.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的主程序，其流程包括如下步驟從<設(shè)定SFR>14開始，進入<EEPROM讀設(shè)定值>15，<設(shè)定參數(shù)；開定時器0>16，<turn＝1？且FAULT＝0？>17進行判斷，如果否，則進入<自復(fù)位標(biāo)識＝1&FUALT＝1？>51；如果是，則進入<turn＝0>18，<采樣電流、電壓值處理計算有效值>19，<I>10Ie？>20進行判斷，如果是，則進入<COUT2++>21、<COUT2>2？>22，如果是，則進入<送故障標(biāo)志>23；如果否，則進入<起動標(biāo)識＝0？>24進行判斷，如果否，則進入<起動標(biāo)識＝1？>36進行判斷；如果是，則進入<START＝0？>25進行判斷，如果否，則進入<START＝1？>29進行判斷；如果是，則進入<I>Ie？>26進行判斷；如果否，則進入<定時器0中斷服務(wù)程序>54；如果是，則進入<延時0.15>27、<START＝1>28、<START＝1>29進行判斷；如果否，則進入<起動標(biāo)識＝1？>36；如果是，則進入<Q值判斷(冷態(tài)值)>30、<到1/2起動時間？>31進行判斷；如果否，則進入<到起動時間？>34；如果是，則進入<I>6Ie？>32進行判斷；如果是，則進入<三次判斷后送故障標(biāo)志(起動堵轉(zhuǎn))>33；如果否，則進入<到起動時間？>34；如果否，則進入<起動標(biāo)識＝1？>36；如果是，則進入<起動標(biāo)識＝1>35、<起動標(biāo)識＝1？>36；如果否，則進入<輸入/輸出邏輯處理>47；<起動標(biāo)識＝1？>36；如果是，則進入<不平衡處理>37、<F>設(shè)定值？>38；如果是，則進入<時間延時到？>39進行判斷；如果是，則進入<延時判斷送故障標(biāo)志>40；<時間延時到？>39，如果否，則進入<Q值計算>41、<Q>熱量上限(熱態(tài))？>進行判斷；如果是，則進入<送故障標(biāo)志>43；如果否，則進入<欠電流判斷>44、<接地電流判斷>45、<電壓判斷>46、<輸入/輸出邏輯處理>47、<查詢HMI>48、<有故障標(biāo)志？>49進行判斷；如果否，則進入<有復(fù)位標(biāo)識＝I&FUALT＝I1？>51進行判斷；如果是，則進入<過延時時間？>52、<FAULT＝0>53。
10.如權(quán)利要求1所述的模塊化電機綜合控制保護器，其特征在于所述的時間中斷程序和通訊中斷程序，其流程包括如下步驟從<定時器0中斷服務(wù)程序>54開始、<重裝定時器0>55、<三相電流、電壓、零序電流A/D采樣COUNT1++>56，<前次采樣平方和計算>57、<采樣結(jié)果存寄存器>58、<COUNT1到額定次數(shù)(一周期)？>59進行判斷；如果否，則進入<時間標(biāo)識TT++>61；如果是，則進入<Turn＝1將累加和賦給變量>60、<時間標(biāo)識TT++>61、<中斷處理結(jié)束>62；從<通訊中斷服務(wù)程序>63開始，進入<報文接收中斷>64進行判斷；如果是，則進入<通訊接收處理程序>65、<寄存器設(shè)定>67；如果否，則進入<通訊發(fā)送處理程序>66、<寄存器設(shè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及模塊化電機綜合控制保護器，包括一主體模塊，它包括電壓信號輸入、電流傳感器、零序電流傳感器、輸入模塊Input+光隔、信號放大及處理電路、中央微處理器、輸出模塊output、存儲單元EEPROM、溫度測量IC、實時時鐘IC、HMI液晶+按鍵、通訊接口Modbus/ DeviceNet/Profibus/LonWorks；電源模塊供電。電壓信號輸入、電流傳感器、零序電流傳感器、輸入模塊Input+光隔，傳送到信號放大及處理電路后進入中央微處理器處理后到輸出模塊output或到存儲單元EEPROM存儲；溫度測量IC、實時時鐘IC將數(shù)據(jù)送到中央微處理器處理；經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)與HMI液晶+按鍵、通訊接口Modbus/DeviceNet/Profibus/LonWorks互傳。該保護器集多種參數(shù)檢測、保護功能、控制功能于一體，并具有現(xiàn)場總線通訊接口，體積小巧，接線方便，有較高的可靠性。
文檔編號H02H7/085GK1835320SQ20061002515
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者朱文灝, 仰恒光, 邵福山, 李永成 申請人:上海電器科學(xué)研究所(集團)有限公司