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三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，包括依次連接的電器控制主回路、三相異步電機(jī)M、信號采集單元、信號調(diào)理單元、和電可擦可編程只讀存儲器，其中，信號調(diào)理單元與主控單元連接，信號采集單元與信號調(diào)理單元連接，主控單元還與電氣控制主回路、顯示與存儲控制單元、上位機(jī)系統(tǒng)和電可擦可編程只讀存儲器連接；顯示與存儲控制單元與輸入單元和顯示面板分別連接。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有保護(hù)裝置采用的保護(hù)裝置會使得電機(jī)在單相斷開情況下缺相運(yùn)行，保護(hù)能力相當(dāng)有限，以及容易受環(huán)境影響導(dǎo)致保護(hù)裝置不能有效的發(fā)揮作用的問題。
【專利說明】三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力設(shè)備繼電保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測及對電機(jī)實(shí)時保護(hù)的系統(tǒng)，具體涉及一種三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三相異步電動機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中被廣泛應(yīng)用，然而異步電動機(jī)的故障率也居各種電氣設(shè)備之首。工業(yè)現(xiàn)場中電動機(jī)發(fā)生故障時如不能及時發(fā)現(xiàn)并排除輕則造成電機(jī)燒毀影響整個現(xiàn)場的生產(chǎn)運(yùn)營，重則影響的整個電網(wǎng)的質(zhì)量并威脅到人身安全，為了避免以上問題的發(fā)生，就需要對電動機(jī)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控及保護(hù)，提高整個工業(yè)現(xiàn)場電機(jī)的運(yùn)行效率。
[0003]近年來，隨著傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各類保護(hù)裝置也層出不窮，目前，電動機(jī)的監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)大多是基于熔斷器的保護(hù)、熱繼電器的保護(hù)、電子式電動裝置的保護(hù)。最早的熔斷器保護(hù)能簡單實(shí)現(xiàn)保護(hù)，但由于熔斷器熔體在制造工藝、時效和安裝上存在隨機(jī)“缺陷”，加上熔斷器熔斷后又會造成電動機(jī)斷相運(yùn)行，其保護(hù)能力相當(dāng)有限。熱繼電器能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)因過載而引起的過電流保護(hù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等特性。但熱繼電器對啟動過程中的電機(jī)不起保護(hù)作用，且繼電器參數(shù)易受環(huán)境溫度影響，其反時限保護(hù)特性對不同型號電動機(jī)的適應(yīng)能力較差，因此熱繼電器保護(hù)裝置的應(yīng)用受到很大程度的限制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)。解決了現(xiàn)有保護(hù)裝置采用的保護(hù)裝置會使得電機(jī)在單相斷開情況下缺相運(yùn)行，保護(hù)能力相當(dāng)有限，以及容易受環(huán)境影響導(dǎo)致保護(hù)裝置不能有效的發(fā)揮作用的問題。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，包括依次連接的電器控制主回路、三相異步電機(jī)M、信號采集單元、信號調(diào)理單元和電可擦可編程只讀存儲器，其中，信號調(diào)理單元與主控單元連接，信號采集單元與信號調(diào)理單元連接，主控單元還與電氣控制主回路、顯示與存儲控制單元、上位機(jī)系統(tǒng)和電可擦可編程只讀存儲器連接；顯示與存儲控制單元與輸入單元和顯示面板分別連接。
[0006]本實(shí)用新型的特征還在于，
[0007]主控單元采用三星公司的S3C2440微處理器或S3C2416微處理器。
[0008]顯示與存儲控制單元采用C0851F020微處理器或C0851F021微處理器。
[0009]顯示面板采用型號為KNY2906的工業(yè)段碼液晶屏。
[0010]電可擦可編程只讀存儲器采用AT24C02芯片。
[0011 ] 信號調(diào)理單元采用2片LM324J集成運(yùn)算放大器芯片。
[0012]本實(shí)用新型三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)的有益效果是，具有如下優(yōu)
占-
^ \\\.[0013]1.采用穩(wěn)定高效的算法使裝置對故障可以進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并且對電機(jī)快速保護(hù):分析算法上利用全波傅立葉算法將連續(xù)的正弦信號轉(zhuǎn)換成離散信號進(jìn)行分析計(jì)算。比起有效值法和瞬時值法等算法，全波傅立葉算法可以準(zhǔn)確快速的提取出三相電壓和三相電流的直流分量，基波分量和諧波分量。雖然在電磁環(huán)境很差的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下，但是微控制器可以準(zhǔn)確快速的得出信號的基波分量，判斷是否有故障。如果有故障，可確定是何種故障并立即進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。
[0014]2.高性能的微控制器配合巧妙的數(shù)據(jù)處理思想，使監(jiān)測變得更加方便:微控制器采用三星公司的S3C2440微處理器作為主控制芯片，該芯片具有相應(yīng)速度快，內(nèi)部資源、接口豐富等特點(diǎn)，在對信號的采樣過程中運(yùn)用循環(huán)冗余采樣的方式就是開辟出兩塊獨(dú)立的內(nèi)存空間，首先向第一片緩存寫入數(shù)據(jù)，寫滿后向系統(tǒng)發(fā)出信號，系統(tǒng)捕獲信號后，開始處理這些數(shù)據(jù)，與此同時，采集電路繼續(xù)向第二片緩存寫數(shù)據(jù)，直到第二片寫滿，此時數(shù)據(jù)處理程序也基本完成，接著又讀第二片緩存中的數(shù)據(jù)開始處理，之后系統(tǒng)又接著向第一片寫數(shù)據(jù)，這樣周而復(fù)始就能保證數(shù)據(jù)不丟失，且提高了效率也提高了整個系統(tǒng)的算法精度整個系統(tǒng)還具有事件記錄、事件查看等一系列功能，并且整個系統(tǒng)配備一塊3.5寸的電力系統(tǒng)專用的段式液晶顯示屏，方便了人機(jī)交互。
[0015]3.可靠地通信協(xié)議和總線方式可以提高裝置的穩(wěn)定性:基于MODBUS RTU協(xié)議的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，并且采用RS485總線通信模式。MODBUS RTU協(xié)議不但具有簡潔的幀格式，而且配合CRC冗余校驗(yàn)使其具有較低的誤碼率。RS485是目前工業(yè)現(xiàn)場通訊中應(yīng)用最廣泛的，適合短距離高速傳輸，其采用差分負(fù)邏輯方式傳輸信號。即使在電磁環(huán)境很差的工業(yè)現(xiàn)場，RS485總線依然可以保持信號高效的傳輸，使得穩(wěn)定的實(shí)時監(jiān)測和控制可以實(shí)現(xiàn)。
[0016]4.加強(qiáng)了輸入、輸出信號與電機(jī)電氣量的隔離保護(hù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性:三相電壓量，三相電流量分別經(jīng)過三個電壓互感器和三個電流互感器的磁隔離后再送到控制系統(tǒng)的信號調(diào)理電路，同時控制系統(tǒng)的控制信號先經(jīng)過光電耦合器隔離后驅(qū)動繼電器，再由繼電器驅(qū)動接觸器，最后由接觸控制電機(jī)的投入和切除。經(jīng)過多層隔離措施，可保證控制系統(tǒng)不會被強(qiáng)電損壞，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提高。
[0017]5.集成芯片電路可以提高裝置的穩(wěn)定性并且節(jié)約成本:控制系統(tǒng)的信號調(diào)理電路是由雙電源供電的運(yùn)算放大器組成，這些運(yùn)算放大器工作在單電源供電的模式下，不僅可以減少電路元件數(shù)，提高穩(wěn)定性，降低成本，還可以將微控制器不能識別交流量變成可識別的直流脈動量，節(jié)省了數(shù)模轉(zhuǎn)換器，節(jié)約了成本。運(yùn)算放大器芯片采用LM324，一個芯片包含4個相互獨(dú)立的運(yùn)算放大器，性能非常穩(wěn)定，并且芯片價格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
[0018]6.具有上位機(jī)人機(jī)交互界面:上位機(jī)人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)軟件采用MATLAB。該軟件是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。選擇MATLAB作為上位機(jī)人機(jī)交互設(shè)計(jì)軟件，不僅應(yīng)用其程序接口豐富，設(shè)計(jì)界面簡潔，數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控電機(jī)參數(shù)及顯示在屏幕上，更是應(yīng)用其操作簡單，運(yùn)算高效的優(yōu)點(diǎn)，為以后優(yōu)化總體方案打下良好的基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖中，1.主控單元，2.輸入單元，3.顯示與存儲控制單元，4.顯示面板，5.上位機(jī)系統(tǒng)，6.電可擦可編程只讀存儲器，7.信號調(diào)理單元，8.信號采集單元9.三相異步電機(jī)M，10.電器控制主回路。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]本實(shí)用新型三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，如圖1所示，包括依次連接的電器控制主回路10、三相異步電機(jī)M9、信號采集單元8、信號調(diào)理單元7和電可擦可編程只讀存儲器6，其中，信號調(diào)理單元7與主控單元I連接，信號采集單元8與信號調(diào)理單元7連接，主控單元I還與電氣控制主回路10、顯示與存儲控制單元3、上位機(jī)系統(tǒng)5和電可擦可編程只讀存儲器6連接；顯示與存儲控制單元3與輸入單元2和顯示面板4分別連接。
[0023]其中，各部分的結(jié)構(gòu)和作用分別是:
[0024]主控單元I采用三星公司的S3C2440微處理器或S3C2416微處理器，其作用是對輸入信號進(jìn)行算法處理，實(shí)時監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并在電機(jī)發(fā)生故障時向電氣控制主回路10發(fā)出相應(yīng)的控制信號。
[0025]輸入單元2由按鍵組成，其作用是裝置保護(hù)參數(shù)的輸入。
[0026]顯示與存儲控制單元3采用C0851F020微處理器或C0851F021微處理器，通過SPI總線，將輸入單元2輸入的參數(shù)傳遞給主控單元1，并且控制顯示面板4顯示主控單元I實(shí)時測量的數(shù)據(jù)和輸入單元2輸入的參數(shù)。
[0027]顯示面板4采用型號為KNY2906的工業(yè)段碼液晶屏，其作用是顯示主控單元I實(shí)時測量的數(shù)據(jù)和輸入單元2輸入的參數(shù)。
[0028]上位機(jī)系統(tǒng)5采用MATLAB設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，通過RS485總線，將主控單元I實(shí)時測量的數(shù)據(jù)顯示在遠(yuǎn)程控制室的上位機(jī)上。
[0029]電可擦可編程只讀存儲器6采用的AT24C02，其直接與主控單元I連接，可以存儲輸入單元2的輸入?yún)?shù)、故障發(fā)生的時刻及故障類型。
[0030]信號調(diào)理單元7采用2片LM324J集成運(yùn)算放大器芯片，一片芯片含有結(jié)構(gòu)完全相同的四路運(yùn)算放大器。
[0031]本實(shí)用新型三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)的工作原理和工作過程是:當(dāng)三相異步電機(jī)M9發(fā)生故障時，其故障電氣量會通過信號采集單元8變成弱電信號送給信號調(diào)理單元7，再由信號調(diào)理單元7將交流信號變成直流信號送給主控單元1，主控單元I按從輸入單元2預(yù)先輸入的保護(hù)參數(shù)及內(nèi)部算法程序進(jìn)行故障判斷和保護(hù)方式選擇，按相應(yīng)的保護(hù)方式將輸出控制信號送入電氣控制主回路10，由電氣控制主回路10直接控制三相異步電機(jī)M9的投切進(jìn)而達(dá)到保護(hù)效果。與此同時主控單元I將算法程序所判斷出的故障時間和保護(hù)的種類信息送入顯示與存儲控制單元3，由顯示與存儲控制單元3控制顯示面板4將信息顯示。上位機(jī)系統(tǒng)接收由主控單元I傳送的實(shí)時測量的數(shù)據(jù)(包括三相異步電機(jī)M9的定子三相電壓和電流值、輸入單元2預(yù)先輸入的保護(hù)參數(shù))完成遠(yuǎn)程監(jiān)測。在三相異步電機(jī)M9發(fā)生故障時，主控單元I會將輸入單元2的輸入?yún)?shù)、故障發(fā)生的時刻及故障類型保存在電可擦可編程只讀存儲器6中。
[0032]本實(shí)用新型三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)對三相異步電機(jī)的保護(hù)采用三相投切的方式，避免了僅單相斷開情況下電機(jī)工作在缺相運(yùn)行狀態(tài)，并且還帶有防電機(jī)啟動時保護(hù)裝置誤動的功能。以微控制器為核心，不僅能對電機(jī)運(yùn)行時的各種電量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，而且還能對電機(jī)易發(fā)的14種故障進(jìn)行實(shí)時的保護(hù)及故障參數(shù)的整定與記錄，更使性能穩(wěn)定，不易受環(huán)境影響。
【權(quán)利要求】
1.三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的電器控制主回路(10)、三相異步電機(jī)M (9)、信號采集單元(8)、信號調(diào)理單元(7)和電可擦可編程只讀存儲器(6 )，其中，信號調(diào)理單元(7 )與主控單元(I)連接，信號采集單元(8 )與信號調(diào)理單元(7)連接，主控單元(I)還與電氣控制主回路(10)、顯示與存儲控制單元(3)、上位機(jī)系統(tǒng)(5)和電可擦可編程只讀存儲器(6)連接；顯示與存儲控制單元(3)與輸入單元(2)和顯示面板(4)分別連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控單元(I)采用三星公司的S3C2440微處理器或S3C2416微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的顯示與存儲控制單元(3)采用C0851R)20微處理器或C0851F021微處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的顯示面板(4)采用型號為KNY2906的工業(yè)段碼液晶屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的電可擦可編程只讀存儲器(6)采用AT24C02芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相異步電動機(jī)智能監(jiān)控綜合保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號調(diào)理單元(7)采用2片LM324J集成運(yùn)算放大器芯片。
【文檔編號】G01R31/34GK203630588SQ201320775667
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】李彥斌, 姚鑫, 夏冠亞 申請人:西安工程大學(xué)