三相異步電動機智能監控綜合保護系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三相異步電動機智能監控綜合保護系統，包括依次連接的電器控制主回路、三相異步電機M、信號采集單元、信號調理單元、和電可擦可編程只讀存儲器，其中，信號調理單元與主控單元連接，信號采集單元與信號調理單元連接，主控單元還與電氣控制主回路、顯示與存儲控制單元、上位機系統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。本實用新型解決了現有保護裝置采用的保護裝置會使得電機在單相斷開情況下缺相運行，保護能力相當有限，以及容易受環境影響導致保護裝置不能有效的發揮作用的問題。
【專利說明】三相異步電動機智能監控綜合保護系統【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電力設備繼電保護【技術領域】，涉及一種電機運行狀態的在線監測及對電機實時保護的系統，具體涉及一種三相異步電動機智能監控綜合保護系統。
【背景技術】
[0002]三相異步電動機在工農業生產和日常生活中被廣泛應用，然而異步電動機的故障率也居各種電氣設備之首。工業現場中電動機發生故障時如不能及時發現并排除輕則造成電機燒毀影響整個現場的生產運營，重則影響的整個電網的質量并威脅到人身安全，為了避免以上問題的發生，就需要對電動機進行實時的監控及保護，提高整個工業現場電機的運行效率。
[0003]近年來，隨著傳感器技術和計算機技術的快速發展，各類保護裝置也層出不窮，目前，電動機的監控保護系統大多是基于熔斷器的保護、熱繼電器的保護、電子式電動裝置的保護。最早的熔斷器保護能簡單實現保護，但由于熔斷器熔體在制造工藝、時效和安裝上存在隨機“缺陷”，加上熔斷器熔斷后又會造成電動機斷相運行，其保護能力相當有限。熱繼電器能實現電動機因過載而引起的過電流保護，具有結構簡單、使用方便等特性。但熱繼電器對啟動過程中的電機不起保護作用，且繼電器參數易受環境溫度影響，其反時限保護特性對不同型號電動機的適應能力較差，因此熱繼電器保護裝置的應用受到很大程度的限制。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種三相異步電動機智能監控綜合保護系統。解決了現有保護裝置采用的保護裝置會使得電機在單相斷開情況下缺相運行，保護能力相當有限，以及容易受環境影響導致保護裝置不能有效的發揮作用的問題。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是，三相異步電動機智能監控綜合保護系統，包括依次連接的電器控制主回路、三相異步電機M、信號采集單元、信號調理單元和電可擦可編程只讀存儲器，其中，信號調理單元與主控單元連接，信號采集單元與信號調理單元連接，主控單元還與電氣控制主回路、顯示與存儲控制單元、上位機系統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 ] 信號調理單元采用2片LM324J集成運算放大器芯片。
[0012]本實用新型三相異步電動機智能監控綜合保護系統的有益效果是，具有如下優
占-
^ \\\.[0013]1.采用穩定高效的算法使裝置對故障可以進行實時監測并且對電機快速保護:分析算法上利用全波傅立葉算法將連續的正弦信號轉換成離散信號進行分析計算。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。雖然在電磁環境很差的工業現場環境下，但是微控制器可以準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行相應的保護。
[0014]2.高性能的微控制器配合巧妙的數據處理思想，使監測變得更加方便:微控制器采用三星公司的S3C2440微處理器作為主控制芯片，該芯片具有相應速度快，內部資源、接口豐富等特點，在對信號的采樣過程中運用循環冗余采樣的方式就是開辟出兩塊獨立的內存空間，首先向第一片緩存寫入數據，寫滿后向系統發出信號，系統捕獲信號后，開始處理這些數據，與此同時，采集電路繼續向第二片緩存寫數據，直到第二片寫滿，此時數據處理程序也基本完成，接著又讀第二片緩存中的數據開始處理，之后系統又接著向第一片寫數據，這樣周而復始就能保證數據不丟失，且提高了效率也提高了整個系統的算法精度整個系統還具有事件記錄、事件查看等一系列功能，并且整個系統配備一塊3.5寸的電力系統專用的段式液晶顯示屏，方便了人機交互。
[0015]3.可靠地通信協議和總線方式可以提高裝置的穩定性:基于MODBUS RTU協議的遠程網絡監控系統，并且采用RS485總線通信模式。MODBUS RTU協議不但具有簡潔的幀格式，而且配合CRC冗余校驗使其具有較低的誤碼率。RS485是目前工業現場通訊中應用最廣泛的，適合短距離高速傳輸，其采用差分負邏輯方式傳輸信號。即使在電磁環境很差的工業現場，RS485總線依然可以保持信號高效的傳輸，使得穩定的實時監測和控制可以實現。
[0016]4.加強了輸入、輸出信號與電機電氣量的隔離保護，提高了系統的穩定性:三相電壓量，三相電流量分別經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的信號調理電路，同時控制系統的控制信號先經過光電耦合器隔離后驅動繼電器，再由繼電器驅動接觸器，最后由接觸控制電機的投入和切除。經過多層隔離措施，可保證控制系統不會被強電損壞，系統穩定性得到提高。
[0017]5.集成芯片電路可以提高裝置的穩定性并且節約成本:控制系統的信號調理電路是由雙電源供電的運算放大器組成，這些運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，提高穩定性，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，節省了數模轉換器，節約了成本。運算放大器芯片采用LM324，一個芯片包含4個相互獨立的運算放大器，性能非常穩定，并且芯片價格低廉，經濟實惠。
[0018]6.具有上位機人機交互界面:上位機人機交互界面的設計軟件采用MATLAB。該軟件是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境。選擇MATLAB作為上位機人機交互設計軟件，不僅應用其程序接口豐富，設計界面簡潔，數據可視化的優點進行實時監控電機參數及顯示在屏幕上，更是應用其操作簡單，運算高效的優點，為以后優化總體方案打下良好的基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型三相異步電動機智能監控綜合保護系統的結構示意圖；
[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.上位機系統，6.電可擦可編程只讀存儲器，7.信號調理單元，8.信號采集單元9.三相異步電機M，10.電器控制主回路。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0022]本實用新型三相異步電動機智能監控綜合保護系統，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M9、信號采集單元8、信號調理單元7和電可擦可編程只讀存儲器6，其中，信號調理單元7與主控單元I連接，信號采集單元8與信號調理單元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、上位機系統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，各部分的結構和作用分別是:
[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行算法處理，實時監測電機的運行狀態，并在電機發生故障時向電氣控制主回路10發出相應的控制信號。
[0025]輸入單元2由按鍵組成，其作用是裝置保護參數的輸入。
[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實時測量的數據和輸入單元2輸入的參數。
[0027]顯示面板4采用型號為KNY2906的工業段碼液晶屏，其作用是顯示主控單元I實時測量的數據和輸入單元2輸入的參數。
[0028]上位機系統5采用MATLAB設計人機交互界面，通過RS485總線，將主控單元I實時測量的數據顯示在遠程控制室的上位機上。
[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的輸入參數、故障發生的時刻及故障類型。
[0030]信號調理單元7采用2片LM324J集成運算放大器芯片，一片芯片含有結構完全相同的四路運算放大器。
[0031]本實用新型三相異步電動機智能監控綜合保護系統的工作原理和工作過程是:當三相異步電機M9發生故障時，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理單元7，再由信號調理單元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預先輸入的保護參數及內部算法程序進行故障判斷和保護方式選擇，按相應的保護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M9的投切進而達到保護效果。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。上位機系統接收由主控單元I傳送的實時測量的數據(包括三相異步電機M9的定子三相電壓和電流值、輸入單元2預先輸入的保護參數)完成遠程監測。在三相異步電機M9發生故障時，主控單元I會將輸入單元2的輸入參數、故障發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]本實用新型三相異步電動機智能監控綜合保護系統對三相異步電機的保護采用三相投切的方式，避免了僅單相斷開情況下電機工作在缺相運行狀態，并且還帶有防電機啟動時保護裝置誤動的功能。以微控制器為核心，不僅能對電機運行時的各種電量參數進行實時的監測，而且還能對電機易發的14種故障進行實時的保護及故障參數的整定與記錄，更使性能穩定，不易受環境影響。
【權利要求】
1.三相異步電動機智能監控綜合保護系統，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M (9)、信號采集單元(8)、信號調理單元(7)和電可擦可編程只讀存儲器(6 )，其中，信號調理單元(7 )與主控單元(I)連接，信號采集單元(8 )與信號調理單元(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)、上位機系統(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.根據權利要求1所述的三相異步電動機智能監控綜合保護系統，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.根據權利要求1所述的三相異步電動機智能監控綜合保護系統，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.根據權利要求1所述的三相異步電動機智能監控綜合保護系統，其特征在于，所述的顯示面板(4)采用型號為KNY2906的工業段碼液晶屏。
5.根據權利要求1所述的三相異步電動機智能監控綜合保護系統，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.根據權利要求1所述的三相異步電動機智能監控綜合保護系統，其特征在于，所述的信號調理單元(7)采用2片LM324J集成運算放大器芯片。
【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 優先權日:2013年11月28日
【發明者】李彥斌, 姚鑫, 夏冠亞 申請人:西安工程大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
