一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器的制造方法
【專利摘要】一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器，屬于機電保護和故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于：對三相電機的啟動和運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控器，即包括電機在啟動和運行過程中出現(xiàn)的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載故障進行報警和保護，顯示電機的運行電壓、電流、單相及三相功率計量的有功、無功、功率因素，電機設(shè)備漏電流、電機溫度、電機累積運行時間和時鐘參數(shù)，記錄和查詢出現(xiàn)故障保護時的電機運行電壓和電流。本實用新型采用主機與電流互感器分體機構(gòu)，既可構(gòu)成分體型，又可組合在一起構(gòu)成一體型，以滿足用戶不同柜型的安裝需求。
【專利說明】一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機電保護和故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及三相電機在啟動和運行狀態(tài)時進行實時監(jiān)控，能夠及早發(fā)現(xiàn)電動機的運行故障，并根據(jù)故障類型的不同給出響應(yīng)信號，達到及時有效的保護電動機，防止破壞性和災(zāi)難性事故發(fā)生的技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]三相電機的智能綜合監(jiān)控器設(shè)備是指電機在啟動和運行過程中出現(xiàn)短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載等故障時有很靈敏的保護作用，能及時有效可靠的保護電動機。電動機是一種實現(xiàn)機、電能轉(zhuǎn)換的電磁裝置。電動機是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來電動機的發(fā)展也促進了社會生產(chǎn)力的不斷提高。電動機作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進行的重要保障，確保電機的正常運行十分重要，而在實際使用中造成電機燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，因此做好電動機的保護對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，保證安全生產(chǎn)具有重要意義，而隨著生產(chǎn)過程自動化水平的不斷提高，對電動機的安全運行要求也越來越高。傳統(tǒng)的電動機保護裝置大多由分離的元器件或是集成電路組成的電子線路，由于器件和電路的原因，保護電路的可靠性和靈敏性都存在一些問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工藝的不斷完善，為滿足自動化生產(chǎn)的要求，需要進一步完善電動機的控制盒保護等級，達到及時有效可靠的保護電動機。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，繼電保護技術(shù)的智能化成為必然趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器，其特征在于該監(jiān)控器是一種三相電機在啟動和運行狀態(tài)的實時監(jiān)控器，包括電機在啟動和運行過程中出現(xiàn)的短路、堵轉(zhuǎn)、過載、缺相、欠壓、過壓、失衡、漏電、輕載故障進行報警和保護，可顯示電機的運行電壓、電流、單相及三相功率計量(有功、無功、功率因素)電機設(shè)備漏電流、電機溫度、電機累積運行時間和時鐘參數(shù)，可記錄和查詢出現(xiàn)故障保護時的電機運行電壓和電流。它由:信號采集裝置、信號智能處理器、故障參數(shù)的記錄和查詢裝置和編程實現(xiàn)裝置組成:
[0004]信號采集裝置
[0005]所述的信號采集部分是對電流、電壓、漏電和溫度信號的采集。其中利用ADE7758ARW的三個單端輸入通道進行電壓信號的采集，電壓變化的最大范圍為±0.5V,利用ADE7758ARW的電流通道采集三對差分電壓，三路對應(yīng)的輸入電壓可設(shè)置為±0.5V,±0.25V，±0.125V。ADE7758ARW的片選，串行時鐘信號、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出以及中斷請求信號線直接與單片機AT89C51對應(yīng)的I/O 口相連從而實現(xiàn)通訊。利用LMV358ID搭建的兩級放大電路采集漏電信號，然后傳送給AT89C51的I/O 口。溫度采集是單片機通過RS485通訊從溫度設(shè)計模塊讀取過來的。
[0006]信號智能處理器[0007]電壓和電流信號由ADE7758ARW采集到后在內(nèi)部做大量運算的，ADE7758ARW有6路模擬量輸入，分成電流和電壓兩個通道。電流和電壓通道各有一個可編程增益放大器增益大小可設(shè)為1，2或4。其內(nèi)部會進行有效值測量、周期和頻率值測量、有功電能計量、無功電能計量和視在電能計量的計算和處理，結(jié)果都儲存在相應(yīng)寄存器中。ADE7758ARW的各種設(shè)定、操作和數(shù)據(jù)讀取都是通過這些寄存器實現(xiàn)的。每個寄存器在讀寫時首先要執(zhí)行一個寫通道寄存器的操作，然后開始傳輸數(shù)據(jù)，這里單片機AT89C51通過片選和時鐘信號線的控制向ADE7758ARW寫入或者讀出所需的參數(shù)信息，通過這些參數(shù)信息判斷電機目前的工作狀態(tài)，進而做出相應(yīng)的動作。漏電信號采集是經(jīng)過運算放大電路處理之后把數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機對數(shù)據(jù)處理后判斷是否存在漏電現(xiàn)象，然后執(zhí)行相應(yīng)動作。單片機AT89C51作為主控芯片，用來判斷獲得的信號參數(shù)是否出現(xiàn)異常，進而對電機進行保護或報警。
[0008]故障參數(shù)的記錄和查詢部分裝置
[0009]故障參數(shù)的記錄和查詢是指電機在啟動和運行階段出現(xiàn)故障時，單片機AT89C51會把出現(xiàn)的故障保護時的參數(shù)存儲并提供查詢功能。在單片機AT89C51外圍設(shè)備中連接了存儲芯片AT24C256和時鐘芯片DS13072，這樣就可以把出現(xiàn)故障時的電機運行電壓、電流及發(fā)生的時間等存儲起來，并通過查詢功能找出故障原因。
[0010]編程實現(xiàn)裝置
[0011]由于實現(xiàn)上述分析主控處理器只需進行少量運算，因此AT89C51單片機完全可以勝任。在顯示部分采用STC12LE5612AD處理器，通過串口和AT89C51單片機通訊完成多只LED指示燈和5位數(shù)碼管顯示功能以及4只按鍵操作。為滿足在惡劣環(huán)境下如石化、冶煉、選煤等工礦企業(yè)的使用需求，必須將系統(tǒng)做成易于安裝的產(chǎn)品，因此在C語言環(huán)境下進行編程實現(xiàn)智能分析，借助工具庫完成軟件的編程，最終下載到AT89C51和STC12LE5612AD單片機中，完成廣品化。
[0012]所述的信號智能處理裝置還包括具有3路可編程繼電器無源觸點輸出，以實現(xiàn)開關(guān)量報警輸出、保護輸出、連鎖輸出或電機降壓啟動控制。
[0013]本發(fā)明一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器的優(yōu)點在于:
[0014](I)采用主機與電流互感器分體機構(gòu)，既可構(gòu)成分體型，又可組合在一起構(gòu)成一體型，以滿足用戶不同柜型的安裝需求。
[0015](2)保護器面板可顯示電機的運行電壓、電流、電機設(shè)備漏電流等參數(shù)，并可記錄和查詢出現(xiàn)故障保護時的電機運行電壓、電流等參數(shù)。
[0016](3)功能強大，具有RS485通信接口，采用Modbus RTU通信協(xié)議，可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。
[0017](4)具有兩路繼電器的無源觸點輸出，可作為保護連鎖輸出和開關(guān)量報警輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例一(一體型)的外形結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例一電壓和電流信號的采集電路圖；
[0021]圖4是本發(fā)明實施例一的信號智能處理器CPU模塊的電路原理圖；
[0022]圖5是本發(fā)明實施例一的串口通訊任務(wù)圖；
[0023]圖6為本發(fā)明實施例一顯示部分的接口電路圖。[0024]圖7是本發(fā)明實施例二 (分體型)的外形結(jié)構(gòu)圖.[0025]圖中，1、主機，2、電流互感器。
【具體實施方式】
[0026]結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做出進一步的詳細說明如下:
[0027]實施例一:如圖1所示，本實施例采用主機I與電流互感器2組合在一起構(gòu)成一體型。
[0028]如圖2所述，本發(fā)明一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器，包括信號采集、信號智能處理、故障參數(shù)存儲和編程實現(xiàn)部分。在信號采集中電壓和電流信號是經(jīng)過ADE7758ARW處理后由處理器AT89C51讀取電流、電壓信息，漏電和開關(guān)量輸入是直接輸入到處理器的I/O口。處理器在接受到輸入信息后進行處理，然后做出相應(yīng)的動作，其中包括向STC12LE5612發(fā)送顯示命令和繼電器的保護動作。
[0029]如圖3所述，是本發(fā)明的電流和電壓信號的采集電路。本發(fā)明ADE7758ARW的IAP管腳接C15電容和R30電阻的一腳，C15電容的另一腳接地，R30電阻的另一腳連接IA+，IAN管腳接C14電容和R27電阻的一腳，C14電容的另一腳接地，R27電阻的另一腳連接IA-，在IA+和IA-之間接入R28和R29電阻，IBP管腳接C13電容和R26電阻的一腳，C13電容的另一腳接地，R26電阻的另一腳連接IB+，IBN管腳接C12電容和R23電阻的一腳，C12電容的另一腳接地，R23電阻的另一腳連接IB-，在IB+和IB-之間接入R24和R25電阻，ICP管腳接Cll電容和R22電阻的一腳，Cll電容的另一腳接地，R22電阻的另一腳連接IC+，ICN管腳接ClO電容和R19電 阻的一腳，ClO電容的另一腳接地，R19電阻的另一腳連接IC-，在IC+和IC-之間接入R20和R21電阻，ADE7758ARW利用IA+和IA_、IB+和IB-、IC+和IC-采集三對差分電壓，三路對應(yīng)的輸入電壓可設(shè)置為±0.5V，±0.25V，±0.125V。ADE7758ARW的VAP管腳接由C9和R18組成的濾波保護電路以及R6電阻的一腳，R6電阻的另一腳接UA，VBP管腳接由C8和R3組成的濾波保護電路以及R5電阻的一腳，R5電阻的另一腳接UB,VCP管腳接由Cl和R2組成的濾波保護電路以及R4電阻的一腳，R4電阻的另一腳接UC，利用ADE7758ARW的三個單端輸入通道UA、UB、UC進行電壓信號的采集，電壓變化的最大范圍為 ±0.5V。
[0030]如圖4所述，是本發(fā)明故障參數(shù)的記錄和存儲電路原理圖。圖中主要由四個芯片，即處理器AT89C51、存儲器AT24C256和鐵電存儲器FM24C64以及時鐘芯片DS1307，當(dāng)電機出現(xiàn)故障保護時，處理器會讀出時鐘數(shù)據(jù)并且連同其它保護參數(shù)存儲到AT24C256中，供以后查詢故障原因，鐵電存儲器FM24C64是用來實時存儲數(shù)據(jù)，每0.5S存儲一次。本發(fā)明中處理器AT89C51的XTALl和XTAL2管腳之間接入晶振X4的兩腳，晶振X4的兩腳分別接電容C25和C26的一腳，電容C25和C26另一腳接地完成處理器的起振電路；AT89C51的P0.6腳接AT24C256的SDA腳和DS1307的SDA腳用于數(shù)據(jù)傳輸，AT89C51的P0.7腳接AT24C256的SCL腳和DS1307的SCL腳用于控制時序，DS1307的Xl和X2腳之間接入晶振X3完成振蕩電路，VCC和GND腳分別接電源和地，Vbat腳接外部供電電路電池的正極，保證在斷電情況下外部電源可以供電從而保證時鐘正確，AT24C256的VCC腳接電源5V，A0、A1、A2、VSS腳都接地；AT89C51 的 P0.0 腳接 FM24C64 的 SCL 腳，P0.1 腳接 FM24C64 的 SDA 腳，F(xiàn)M24C64 的A0、Al、A2、WP、VSS腳都接地，這樣AT89C51和FM24C64之間就可以完成數(shù)據(jù)傳輸和存儲實現(xiàn)實時的存儲數(shù)據(jù)。
[0031]如圖5所述，本發(fā)明的串口接收任務(wù)的設(shè)計說明，是按照PR0FIBUS通訊協(xié)議或MODBUS協(xié)議處理監(jiān)控器和上位機交換信息。任務(wù)分為兩個兩大分支，根據(jù)硬件設(shè)計進入PR0FIBUS通訊協(xié)議處理或是MODBUS協(xié)議RTU方式處理，也就是在收到上位機信息后進行分解，根據(jù)上位機的請求類型分別處理后應(yīng)答。
[0032]首先當(dāng)有通訊任務(wù)時判斷是否是485通訊，若判斷結(jié)果為否則進入分支一處理(PR0FIBUS協(xié)議處理)，如果判斷結(jié)果為是則進入分支二處理(M0DBUS協(xié)議處理)。在分支一處理中是與SPC3交互直到交互成功，然后0.5秒給SPC3發(fā)送一次數(shù)據(jù)。在分支二處理中先等待上位機信息，直到條件具備時判斷是否是呼叫本機，若不是呼叫本機則把接收計數(shù)器清零，等待下一次通訊任務(wù)，若確定是呼叫本機則計算校驗碼，計算完成后判斷校驗碼是否正確，若校驗碼判斷錯誤則把接收計數(shù)器清零，等待下一次通訊任務(wù)，若校驗碼判斷正確則再判斷執(zhí)行上位機的命令是否正確，若上位機的命令執(zhí)行錯誤則把接收計數(shù)器清零，等待下一次通訊任務(wù)，若上位機執(zhí)行命令正確則再計算校驗碼，校驗碼計算完成后開始啟動發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后也就是本次通訊任務(wù)結(jié)束，等待下一次的通訊任務(wù)。
[0033]如圖6所述，本發(fā)明的顯示部分接口電路圖，在顯示部分采用STC12LE5612AD處理器，完成多只LED指示燈和5位數(shù)碼管顯示功能以及4只按鍵操作。圖中有兩個SN74HC5%D，其中一個用于數(shù)碼管的數(shù)據(jù)輸出，另一個為發(fā)光二極管的數(shù)據(jù)輸出。主要實施過程為當(dāng)STC12LE5612AD處理器接到顯示命令后，通過片選功能控制兩個SN74HC5%D輸出顯示數(shù)據(jù)到相應(yīng)的數(shù)碼管或者二極管，刷新顯示內(nèi)容。
[0034]實施例二:如圖7所示，本實施例采用主機與電流互感器分體機構(gòu)，以滿足用戶不同柜型的安裝需求；其它結(jié)構(gòu)與實施例一相同。
【權(quán)利要求】
1.一種三相電機的智能綜合監(jiān)控器，其特征在于:由信號采集裝置、信號智能處理器、故障參數(shù)的記錄和查詢裝置和編程實現(xiàn)裝置組成； 所述信號采集裝置包括ADE7758ARW、單片機AT89C51 ； 所述信號智能處理器包括ADE7758ARW、單片機AT89C51 ； 所述故障參數(shù)的記錄和查詢裝置包括單片機AT89C51，在單片機AT89C51外圍設(shè)備中連接了存儲芯片AT24C256和時鐘芯片DS13072 ； 所述編程實現(xiàn)裝置包括單片機AT89C51、STC12LE5612AD處理器，STC12LE5612AD處理器通過串口和單片機AT89C51通訊完成多只LED指示燈和5位數(shù)碼管以及4只按鍵操作；ADE7758ARW的IAP管腳接C15電容和R30電阻的一腳，C15電容的另一腳接地，R30電阻的另一腳連接IA+，IAN管腳接C14電容和R27電阻的一腳，C14電容的另一腳接地，R27電阻的另一腳連接IA-，在IA+和IA-之間接入R28和R29電阻，IBP管腳接C13電容和R26電阻的一腳，C13電容的另一腳接地，R26電阻的另一腳連接IB+，IBN管腳接C12電容和R23電阻的一腳，C12電容的另一腳接地，R23電阻的另一腳連接IB-，在IB+和IB-之間接入R24和R25電阻，ICP管腳接Cll電容和R22電阻的一腳，Cll電容的另一腳接地，R22電阻的另一腳連接IC+，ICN管腳接ClO電容和R19電阻的一腳，ClO電容的另一腳接地，R19電阻的另一腳連接IC-，在IC+和IC-之間接入R20和R21電阻；ADE7758ARW的VAP管腳接由C9和R18組成的濾波保護電路以及R6電阻的一腳，R6電阻的另一腳接UA，VBP管腳接由C8和R3組成的濾波保護電路以及R5電阻的一腳，R5電阻的另一腳接UB，VCP管腳接由Cl和R2組成的濾波保護電路以及R4電阻的一腳，R4電阻的另一腳接UC ； 單片機AT89C51的XTALl和XTAL2管腳之間接入晶振X4的兩腳，晶振X4的兩腳分別接電容C25和C26的一腳，電容C25和C26另一腳接地完成處理器的起振電路；AT89C51的P0.6腳接AT24C256的SDA腳和DS1307的SDA腳用于數(shù)據(jù)傳輸，AT89C51的P0.7腳接AT24C256的SCL腳和DS1307的SCL腳用于控制時序，DS1307的Xl和X2腳之間接入晶振X3完成振蕩電路，VCC和GND腳分別接電源和地，Vbat腳接外部供電電路電池的正極，保證在斷電情況下外部電源可以供電從而保證時鐘正確，AT24C256的VCC腳接電源5V，A0、A1、A2、VSS 腳都接地；AT89C51 的 P0.0 腳接 FM24C64 的 SCL 腳，P0.1 腳接 FM24C64 的 SDA 腳，F(xiàn)M24C64 的 A0、A1、A2、WP、VSS 腳都接地。
【文檔編號】G05B19/042GK203689059SQ201320807741
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】陳威寧, 牛昱光, 郭文斌, 李戈兵, 丁力, 賈瑞 申請人:山西華控偉業(yè)科技有限公司