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基于DSP的智能型电机综合保护器的设计

时间:2017/8/23 9:36:00   来源:本网   添加人:admin

  仪表技术与传感器bookmark0基于DSP的智能型电机综合保护器的设计姚剑(北京理工大学信息科学技术学院,北京100081)一种智能型电机综合保护器,介绍了基于DSP的硬件系统以及用C语言编写的软件系统。设计中采用数字方法建立电动机的发热模型,对电动机提供准确的过热保护,并具有接地保护、低压保护、断线监测等各种数字化保护监测功能。,包括DSP、键盘输入模块、模拟量输入模块、控制及存储模块、显示模块、通讯模块以及联锁模块。

  硬件系统组成框图DSP选用TI公司的一款用于控制领域的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片TMS320F2812112L该芯片最高可在150MHz主频下工作,带有128kX16位片上FLASH器件具有丰富的外设资源,主要包括2X8路12位ADC、2路SCI、1路SPI、1路McBSP、1路eCAN等,另外,该器件还有3个独立的32位定时器,以及多达56个独立编程的GPIO引脚。TMS320F2812强大的功能使其仅需要极少量外设即可构成一个功能丰富的硬件系统,可兼顾控制和快速运算的双重功能。

  1.3键盘输入模块和显示模块通过装置的6个输入按键可以设定系统的运行参数,如额定电流、保护动作系数、动作延时时间等。显示模块由一个液晶模块、发光二极管及相应驱动电路构成,电机运行的当前状态、电压、电流、电机功率、电机热状态等参量均可通过显示界面进行观察。当有故障发生时,相应发光二极管将闪烁以示报警。显示模块中还包括一个时钟发生器,当发生保护故障时能准确报告故障发生的时间。

  1.4模拟量输入模块电机的电压/电流通过相应的电压/电流互感器变换为3V以下的电压,并通过一级射级跟随器隔离后作为待采样信号送入DSP的片上A/D. 1.5控制及存储模块通过装置上的控制按钮可以方便的对电机实施启动、停止控制。另外通过装置的外接端子,可以实现电动机的远方硬手操的启动、停止控制,通过现场通讯总线方式或I/O方式,也可以实现对电动机的远方软手操的启动、停止控制。装置上设有远方和就地选择开关,可以实现远方和就地控制的互为闭锁;工作、备用选择开关的设置可以方便地实现工作电机与备用电机的选择。

  装置具有掉电检测及电压恢复自启动功能,当检测到装置掉电时,DSP通过一个大电容供电,在0.5s内将重要数据写入EEPROM,并设置一掉电标志位。当电压恢复时,通过该标志位可重新加载备份数据。

  1.6通讯模块通讯模块包括现场调试接口和远方数传接口。DSP的2个SCI(串口)一个用于现场调试设定系统初始运行参数;另一个用于实现ModBusRTU131协议联网,可以方便、快捷地实现与监控系统、PLC通讯联网,从而实现对装置的远方智能管理1.7联锁模块装置不仅可以输出装置故障信号、装置失电信号、事故报警信号和远方允许操作信号,还具有5路可编程输入和1路可编程输出,通过可编程端子,装置可以实现丰富的联锁控制功收稿眺-04-17收修改稿日期:-10触趾能比如电机互投',物理量联锁电机软启动等等。iet 2软件系统设计系统的软件系统在CCS开发环境中由C语言编写完成,流当时,过热保护动作,而表示电动机已达到热平衡,无积累过热量。

  程图如所示。

  软件开始执行,首先用默认参数进行系统初始化设置,其后检查EEPROM中是否存在掉电标志,若存在掉电标志则将当电动机停止运转电动机积累的过热量将逐步衰减,设计中按指数规律进行衰减。散热时间常数Tr一般为电动机发热时间常数Tr的4倍即认为Tsr时间后,电动机又达到热平衡。

  若电动机因过热被切除,不断检查电动机的过热状态,当X>70%T时,保护功能禁止电动机再次启动,避免由启动电流引起过高温升,损坏电动机。紧急情况下,如在过热状态下还需启动电动机,也可以操作装置面板人为清除热记忆值。

  3.2接地保护对于较长距离供电且中心点为大电流接地系统的低压电机机端发生接地故障时,电机瞬时脱扣器的保护灵敏度往往不够,为此本装置设置了接地保护功能。装置采集并计算出零序电流1,当1大于用户设定值时,装置切断电动机。

  对于小电流接地系统,空气开关所配套的脱扣器难以检测出接地故障装置采用零序功率方向原理,能精确指出故障线路。

  3.3低电压保护当所有电压都低于某一设定门限时,低电压保护产生动作。根据电动机的重要性不同,装置提供可设定的延时保护功能,以保证电压短暂降低时,系统的自恢复和重要电机的连续电动机的跳闸过热量基准为工作。

  3.4其他保护功能装置还设有后加速保护、断相保护、过流保护、过压保护等功能。后加速保护功能可以对不同等级的电机提供不同的动作延时时间,系统通过对采集值的计算判断实现不同的保护功能,进行保护动作。

  3.5合、跳闸回路、PT断线监测装置可监测合、跳闸回路状态,若装置发出的合、跳闸动作没有正确执行,装置将发出报警信号。当CT检测到有电流输入,但有某一路或某两路PT无电压输入,则认为是PT断线,此时不进行保护动作,仅发报警信号,提示用户检查PT线路。

  3.6其他监测功能装置还设有以下监测报警功能:断路器事故跳闸、断路器操作机构储能未满、断路器辅助节点位置不对应、装置电源失电、装置本身故障,对于以上情况装置均能输出报警信号。

  4结束语智能型电机综合保护器实现了对电机的数字化保护。实验运行及现场使用结果表明,该装置具有使用方便、性能可靠、保护功能完善以及抗干扰能力强等特点。多台智能型保护器组网后能方便实现远方监控操作,具有良好的应用前景。