Motor adalah sumber penggerak yang paling penting di bidang produksi industri. Cara efektif memantau keadaan berjalan motor, melindungi sirkuit motor, meningkatkan waktu berjalan motor, mengurangi kesalahan motor, dan sangat penting untuk pengoperasian kisi keseluruhan dari pabrik.
Ada banyak jenis perangkat pelindung motor. Saat ini, lebih umum digunakan berdasarkan pada relai termal mekanik pelat logam. Ini memiliki struktur sederhana dan memiliki karakteristik waktu terbalik dalam melindungi motor yang berlebihan. Namun, ia memiliki lebih sedikit fungsi perlindungan, tidak ada perlindungan kegagalan fase, dan tidak dapat melindungi motor dari ventilasi yang buruk, brooming, stalling, overload jangka panjang, sering start-up, dll. Selain itu, relai termal juga memiliki cacat seperti pengulangan yang buruk, kelebihan beban arus besar atau kesalahan sirkuit pendek, tidak dapat digunakan lagi, kesalahan pengaturan yang besar, mudah dipengaruhi oleh suhu lingkungan, salah gerakan atau penolakan, konsumsi daya yang besar, barang habis pakai, dan indikator kinerja yang buruk.
Sebagai tanggapan terhadap konservasi energi nasional dan persyaratan pengurangan emisi, penggunaan pelindung motor elektronik berbasis mikrokontroler untuk menggantikan relai termal yang ada memiliki pasar yang luas. Chip seri ARM STM32 dengan periferal kaya terintegrasi dirancang sebagai pelindung motor cerdas inti, yang memiliki kelebihan respons cepat, lebih sedikit chip tambahan, debugging produksi sederhana, produksi tinggi, dan manfaat sosial.
1 fungsi pelindung cerdas dan arsitektur perangkat keras
Kesalahan utama dalam operasi motor meliputi: waktu start, kelebihan beban, stall, kehilangan fase, ketidakseimbangan, terlalu panas, underload, overvoltage, undervoltage, dll. Oleh karena itu, smart protector perlu memonitor tegangan operasi, operasi saat ini dan suhu chassis motor .
Pada saat yang sama, karena berbagai jenis, kapasitas dan jenis beban motor, parameter perlindungan motor juga berbeda, sehingga perlu untuk dapat mengatur parameter perlindungan untuk motor yang berbeda.
Selanjutnya, untuk memungkinkan relay perlindungan cerdas untuk memenuhi kebutuhan Intelligent Motor Control Center (IMCC) yang populer saat ini, pelindung motor cerdas juga harus memiliki fungsi komunikasi jaringan.
Gambar 1 adalah diagram blok dari struktur perangkat keras pelindung motor cerdas.
2 desain perangkat keras sistem
2.1 MCU
MCU adalah bagian inti dari pelindung motor dan bertanggung jawab untuk akuisisi data, pemrosesan data, kontrol output dan pengaturan parameter. Berikut ini adalah seri ARM STM32F103xD ST terbaru.
Serangkaian chip ini menggunakan ARM 32-bit C0rtex M3 sebagai inti, dan frekuensi tertinggi adalah 72MHz. Inti Cortex memiliki unit perkalian dan pembagian perangkat tunggal-siklus, sehingga cocok untuk pemrosesan data berkecepatan tinggi.
Chip ini memiliki tiga siklus konversi independen, minimal 1-detik konverter analog-ke-digital berkecepatan tinggi, dan tiga konverter digital-ke-analog independen dengan sirkuit sampel-dan-tahan terpisah, sehingga sangat cocok untuk motor tiga fase kontrol, pemantauan grid dan instrumen multi-parameter. Penggunaan peralatan.
Chip ini juga dilengkapi dengan unit komunikasi yang kaya, termasuk hingga lima antarmuka serial asynchronous, satu perangkat USB slave, satu perangkat CAN, I2C dan modul SPI.
2.2 unit akuisisi Analog
Pelindung motor terutama perlu mengumpulkan tiga kuantitas arus, tegangan dan suhu analog untuk memantau dan melindungi keadaan berjalan motor.
Ada banyak jenis sensor saat ini, termasuk transformator arus inti, sensor Hall, dan resistor shunt. Motor yang terhubung ke pelindung motor terutama memiliki motor beberapa kilowatt hingga beberapa puluh kilowatt, sehingga arus fasa motor terutama dari beberapa ampere hingga beberapa puluh ampere. Oleh karena itu, trafo arus digunakan sebagai unit pengumpul saat ini, yang memiliki kelebihan dari rentang pengukuran yang luas, pembangkitan panas yang kecil dan tegangan isolasi yang tinggi. Pada saat yang sama, tanpa mengubah parameter sirkuit pemrosesan, sensor arus dengan rasio yang berbeda dapat dengan mudah mengubah jangkauan deteksi arus pelindung motor, sehingga dapat dengan mudah digunakan untuk perlindungan motor kapasitas yang lebih besar.
Tegangan diperoleh langsung oleh pembagi resistor, sehingga seluruh pengendali motor adalah sistem yang umum. Resistor menggunakan resistor jenis impedansi tinggi dan tegangan tinggi. Dalam rangka meningkatkan kemampuan over-tegangan dari sirkuit akuisisi tegangan, rangkaian pembagi tegangan menggunakan seri multi-resistor untuk mengurangi drop tegangan pengenal di setiap resistor dan meningkatkan seluruh cabang. Tegangan menahan tertinggi.
Sensor suhu menggunakan sensor resistensi platinum umum atau termistor NTC, dan sirkuit pengkondisi sinyal resistansi yang sesuai dirancang pada perangkat keras pelindung. Karena ketahanan termal adalah perangkat nonlinear, saluran pemrosesan akuisisi suhu harus diproses secara non-linier. Untuk mengurangi kompleksitas rangkaian perangkat keras, unit pengkondisian RTD yang sebenarnya hanya dirancang untuk menggunakan penguat instrumentasi, dan pemrosesan nonlinier RTD dilakukan oleh MCU. bawa. Ada juga sensor suhu semikonduktor yang dibangun ke chip MCU untuk mendeteksi suhu di dalam pelindung untuk mencegah kesalahan kontrol karena terlalu panas sistem.
2.3 layar LCD
Untuk pelindung motor yang berdiri sendiri, Anda harus dapat mengatur parameter perlindungan, menampilkan status operasi saat ini, dan juga menampilkan jenis kesalahan saat kesalahan terjadi. Oleh karena itu, pelindung motor membutuhkan unit display.
Desain sistem mengadopsi modul STN matriks hitam dan putih matriks dot matrix (LCD). Dibandingkan dengan modul LCD warna TFT, ia memiliki kelebihan rentang temperatur yang lebar, umur panjang dan mudah dibaca di bawah cahaya yang kuat.
Pengontrol modul LCD yang terintegrasi menggunakan antarmuka komunikasi data paralel, termasuk bus data, jalur kontrol baca dan tulis, lampunya, dan pin reset. Dalam desain sistem, kontroler memori statis multi-fungsi (FSMC) menggunakan chip STM32F103xD terhubung ke modul LCD.
Modul FSMC dari chip STM32F adalah kontroler memori statis multi-fungsi yang mendukung memori statis (SRAM), NOR F1ash dan PSRAM. Ini dapat mendukung memori lebar 8-bit atau 16-bit.
Waktu akses modul LCD sama dengan SRAM, dan waktu antarmuka jenis 8080 atau 6800 dapat dipilih oleh pin konfigurasi. Gambar 2 menunjukkan koneksi listrik antara antarmuka FSMC dari chip STM32 dan LCD. LCD di sini adalah waktu antarmuka 8080.
2.4 Rangkaian komunikasi
Struktur kontrol Intelligent Motor Control Center (IMCC) sebagian besar merupakan struktur jaringan terdistribusi bus-jenis di mana pengontrol pusat bertanggung jawab untuk penjadwalan dan pemantauan operasi semua motor. Tergantung pada pengontrol pusat yang digunakan (kebanyakan PLC), protokol komunikasi sistem adalah MODBUS, Fieldbus dan Ethernet. Yang paling umum dari ini adalah protokol MODBUS. Lapisan fisik protokol MODBUS adalah jaringan komunikasi half-duplex berdasarkan RS485, di mana pelindung motor dalam keadaan budak.
Karena pelindung motor dipanaskan secara internal, komunikasi jarak jauh RS485 harus diisolasi dari sirkuit utama pengontrol. Untuk isolasi transceiver RS485, sinyal komunikasi dan catu daya dari transceiver harus diisolasi. Desain antarmuka komunikasi pelindung motor membutuhkan tingkat komunikasi baud hingga 57,6 kbps. Oleh karena itu, optocoupler berkecepatan tinggi atau chip isolasi digital diperlukan untuk mengisolasi sinyal komunikasi.
Chip isolasi digital adalah jenis perangkat baru. Perusahaan seperti TI, ADI dan Silicon Lab telah memperkenalkan perangkat isolasi digital mereka sendiri yang dipatenkan, tetapi paket pin dan fungsi pin dari setiap chip sebagian besar kompatibel dan dapat langsung diganti. Dibandingkan dengan optocoupler berkecepatan tinggi tradisional, perangkat isolasi digital memiliki kelebihan konsumsi daya rendah, tingkat transmisi tinggi, kompatibilitas dengan sistem 3V / 5V, dan periferal sederhana. Sirkuit koneksi aktual ditunjukkan pada Gambar 3.
