技術文章
電動機群的單片機保護系統
電動機群的單片機保護系統
電動機群的單片機保護系統第六圖書館設計了一種可以對工礦企業電動機群進行有效保護的微機系統。系統由MCS-51系列單片機構成的主機巡回檢測各分機系統,能及時發現、顯示并處理過載、斷相、過流、短路等電動機故障,并改善了負載的檢測方法。系統的主機與分機之間通過原有的電力線傳輸信息,安裝方便、結構簡單、造價低廉、可靠性高、維護管理十分方便,可以取代傳統的單機分離式的電動機保護系統。設計了一種可以對工礦企業電動機群進行有效保護的微機系統。系統由MCS-51系列單片機構成的主機巡回檢測各分機系統,能及時發現、顯示并處理過載、斷相、過流、短路等電動機故障,并改善了負載的檢測方法。系統的主機與分機之間通過原有的電力線傳輸信息,安裝方便、結構簡單、造價低廉、可靠性高、維護管理十分方便,可以取代傳統的單機分離式的電動機保護系統。
摘 要: 設計了一種可以對工礦企業電動機群進行有效保護的微機系統．系統由ＭＣＳ一５系列單片機構成的主機巡回檢測各分機系統．能及時發現．顯示并處理過載．斷相．過流．短路等電動機故障，并改善了負載的楂測方法．系統的主機與分機之間通過原有的電力線傳輸信息，安裝方便、結構簡單、造價低廉、可靠性高、維護管理 十分方便．可取代傳統的單機分離式的電動機保護系統．
關鍵詞 電動機群；微機； 在大多數工礦企業中，諸如：糧油加工、機械、紡織等行業，通常設備上安裝有 數十臺甚至上百臺的電動機，構成了一個電動機群。如何有效地保護好電動機群，防止短路、過載 過流、斷相等事故的發生，維護生產設備的正常運行，降低生產成本，是人們急待解決的課題．然而，傳統的電動機保護大多采用空氣開關配合熱繼電 器的單機分離方式，斷相保護使用獨立配備的可選裝置，其性能較差．實踐證明．這 些傳統的保護裝置可靠性不高，難以滿足生產需要．特別是用于多臺電動機保護時， 既不便于維護也不便于管理． 筆者設計了針對多臺三相交流電動機群的單片機保護系統。該系統的特點如下：用微機巡回檢測技術，同時對多臺三相交流電動機進行過載保護．既使多臺電動機在短時間內同時發生過載事故，也能分別根據反時限過載特性按各臺電動機的過載倍數并行處理，動作準確可靠．由于偶然原因發生短路和斷相事故時，系統 也能進行有效的并行保護。動態顯示故障電動機的位置 原因，并及時報警，便于現場控制人員管理 與維護。采用電力線作為控制信號和故障信號的傳輸通道，不必為電機保護而單獨布線。因而使系統的安裝容易，維護簡單，成本大大降低。改善了電動機負載的檢測方法。對于大、中、小容量電動機，均能夠方便地 改進行負載檢測。控微機與現場的分機電路采取了相應的抗干擾硬件與軟件措施，使系統檢測 主與控制的精度和可靠性大為增加。
當發現編碼地址與自已的地址相符時，就及時的發出故障信號編碼．該編碼信號再由電力線耦合回主機．主機采用ＨＴ６８４Ｌ***，當單片機 口為低電平時．便將 由電力線傳來的故障信號接收并鎖存在Ｈ４Ｌ的ＤＩ．由于主機地址Ａ。～Ａ Ｔ６８端固定為０，只要故障編碼地址與此相合，ＨＴ６８的Ｖ４ＬＴ端就輸出正脈沖，使８３０ｌ中 斷，完成故障數據的收取． ’ 分機部分如圖２所示．其工作原理是．將檢測信號經模數轉換器ＡＤｃ００８４轉換 成８位數字量以備主機檢測。平時，譯碼器Ｈ２ＴＩＦ的、端為低電平，從而控制電力 丌載波芯片Ｌ１９Ｍ８３的ＴＲＸ端為接收狀態．這樣．當主機發出巡檢地址編碼時．該 Ｘ／－－分機就可收到．當收到的編碼地址與該分機地址（ＤＩ開關設定的ｌ由Ｐ０位地址碼）相 符合時，Ｈ２的、端發出正脈沖．用以控制編碼器ＨＴ４Ｔ１Ｆ丌６０的使能端＿＇使 Ｌ１９Ｍ８３的Ｔ ｘ端呈現發送狀態．由于ＨＴ４６０的地址設定與主機中譯碼器 ＨＴ６８４Ｌ的零地址相同．于是便把存在ＡＤＣ００存器中的檢測數據通過電力線送到 ８４鎖 主機的單片機８３中檢查判斷．當判斷為過載且過載允許時間已到或發現有斷相信號 ０ｌ時，主機向該分機系統先發出地址碼 再發出停車信號，控制繼電器Ｋ開斷．對過載 允許時間的確定是．當過載倍數＜２５時，按過載特性查表確定．當過載倍數≥２５．． 時，立即發出停車信號，不再延時。 …一 ２主機硬件設計 主要分為四大部分。即：以８３０ｌ為核心的單片機主體電路；硬件看門狗電路和顯 示鍵盤電路；以電力線載波通信芯片Ｌ１９Ｍ８３為核心的通信電路；以ＨＴ系列編，解碼 芯片為核心的編 解碼電路．下面對主要部分加以介紹： （）片機主體線路：ＣＵ采用８３，外擴程序存儲器２６１單Ｐ０ｌ７４，共８ｋ．為了合理 配備資源，用Ｐ．Ｐ 串行擴展四片７Ｌ１４驅動ＬＤ顯示器．Ｐ 接收外中斷 ３與３ｓ４Ｓ６Ｅ３２源，Ｐ０與Ｐ 留作與上位機通訊使用。余下的Ｐ口、Ｐ３３１， 口線留給外圍線路使用． ． （）２硬件看門狗電路和顯示鍵盤電路：故障軟化技術中*有效的措施是栗用獨立硬 件電路支持的看門狗技術。電路如圖３所示．電路的核心是計數器Ｃ００計數 Ｄ４６ 器。Ｃ００Ｄ４６可以由阻容器件構成獨立的振蕩時鐘源．平時Ｃ００一直在對該時鐘 Ｄ４６源的時鐘計數，我們在計算機程序設計時保證可在Ｑ未計到ｌ，計算機除完成規定 前 工作外，插人**Ｃ４６計數器的指令．正常工作時計數器Ｃ００的Ｑ端將永遠 Ｄ００Ｄ４６ 不會出現為ｌ的邏輯狀態，看門狗不動作．而當程序出現混亂時，程序將發不出** Ｃ００計數值的指令，Ｑ就會很快為１從而產生看門狗啟動脈沖，促使計算機 Ｄ４６ ，復位。 為了防止計算機系統硬件出現不可恢復故障，我們還加人Ｑ端作為報警信號 源．如Ｑ端為１表明看門狗連續８次啟動微機仍然失控．說明單 機已損壞，這 ，，時報警燈點亮，提醒工作人員檢修． 顯示與鍵盤線線路比較簡單，為了降低成本充分利用８３的資源，鍵盤線蹺段有 ０ｌ http://www.6lib.com第六圖書館 第４期 張漢杰等：電動機群的單片機保護系統 ８ ３ 進行擴展，直接把余下的Ｐ與Ｐ口線連接按鍵．由于本系統鍵＾動作少。故已滿足 ３要求．顯示線路采用申行擴展技術，申行擴展四片７Ｌ１４驅動４片ＬＥ顯示器，線路 ４Ｓ６Ｄ如圖４所示。該線路的**之處在于省去了共８ｘ＝３ ４２個降壓電阻，而統一在５電 Ｖ 壓源接＾處用兩支Ｉ０７極管降壓，效果不錯，簡化了傳坑的ＬＤ驅動線路．Ｎ４０二Ｅ 圖３硬件看門狗線路 圖４顯示器驅動線路 關于電力載波通信ＩＬＩ９ＣＭ８３和ＨＴ系列編、解碼Ｉ片的有關內容請參閱文獻 ｃ芯【］文獻［。２和３ ］ ３分機硬件設計 分機部分主要由兩大部分組成．如圖２所示，其一是電機電流信號檢測電路。傳 統的電機電流檢測，一般采用電流互感器，缺點是只適臺于中大型電機，對于小型電 機卻沒有與之匹配型號的電流互感器。且大多數情況下信號功率較大，換調整困難。變 本系統采用一種電流變換器Ｔ來檢測負載電流，Ｔ的原次側電流Ｊ與付次側電壓 有 ．固定的變換蓑系，通過原側ａ與ｂ點并鞋一相負載線的方式測取電機電流．當一相負 載電流Ｊ為額定值 時，只要調控ａ與ｂ間距離，便可使Ｖ＝２ （在本系統中 ＝２Ｖ，為 第六圖書館 ８ ４ 哈 爾 濱 建 筑 大 學 學 報 第３ｌ卷 標么化電壓），一般情況下Ｖ＋ ·２＝ ，其中ｋ為由ａ、ｂ間負載線阻抗五決定的變 換系數。這樣對電流檢測信號進行了標么化處理，好處是無論大、中、小型電機，都 可通過調節ａ、ｂ問距離，設定系數 ，用變化范圍相同的１表示對應電機的額定 斗電流 實用性強、安裝簡便、可靠。測取 之后，經整流、濾波、限幅、延時， ｕ Ｗ 輸人到ＡＤＣ００８４中進行模數轉換供主機檢測用 其二是 斷信檢電。本統過相波流，Ｄ二 二相號測路系通三半整器Ｄａ ： Ｄ ．（）示。這日通過電阻Ｒ、分壓后，使三極管ｖ由 ｂ所寸２Ｒ３ … 檢測缺相信號。三相半波整流電路正常電壓波形如圖５ａ所 （）（、、／—×，一 示的當缺相時（Ｖ相斷相）則波形出現過零點豁口，圖５Ｊ Ｌ— — 。Ｌ＿如，如 。－ 圖５斷相信號的采樣 導通變為截止狀態，其集電極輸出的高電平信譬經ＲＳ觸發器鎖存，為斷相異常信 將作號，供微機檢測
系統軟件設計 系統的軟件主程序框圖，首先進行韌始化，然后判斷有無鍵人命令， 如有則進行鍵人命令的執行，如無則進人巡檢狀態 發現故障后記錄故障類型與號 址，然后進人故障處理模塊，分別依故障類型進行斷相、過載、短路與過流、停機等 處理。當發現某分機檢測信號與給定值比較大于ｌ，便進行多任務延時處理。預先 時把電動機反時限過載曲線存于ＥＲＯＭ中，當發現有延時任務時，就設置８位延時標 Ｐ志字，每一標志可控制８個延時任務，然后設置延時任務表，在表中置上當前延時起 始時問，從過載特性Ｉ中查出對應延時長度記人表中，并查到延時結束后程序要 珀線 圖６軟件主程序框圖 第六圖書館 第４期 張漢杰等：電動機群的單片機保護系統 ８ ５ 轉向的人口地址。當主程序循環查詢延時標志字，旦發現某一位或幾位為１時，一便 確定對應分機故障，時有效，表中延時起始時問，時長度以及程序人口地址記 延把延下 之后，每查詢到該標志位時，用當前的實時時間與該延時任務表中的延時起始時 就間作減法運算，直到其差值等于該延時任務表中的延時值時，表示延時已到，程序立即轉 向 延時任務表 指定的程序人口，行停車處理程序，理完畢，除該延時標志字的 執處清對應位，即撤消了該延時任務。
結束語 本系統是以ｇ３Ｏ１單片機為核心構成的巡回檢測系統，能及時發現過載、斷相故 障，并及時顯示．分析故障，對故障現象及時處理，對多電動機場臺的維護管理十 分方便。如在分機系統設置電壓，相序等檢測環節．還可對過壓、欠壓、錯相故障進 行有效保護．由于通過電力線傳輸信息，因此安裝方便，造價低。對電力線的耦 合，*好將主機、各分機系統都接到同一相中，信號傳輸效果更佳。
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