一种三相电机的智能综合监控器的制造方法
【专利摘要】一种三相电机的智能综合监控器，属于机电保护和故障诊断【技术领域】，其特征在于：对三相电机的启动和运行状态进行实时监控器，即包括电机在启动和运行过程中出现的短路、堵转、过载、缺相、欠压、过压、失衡、漏电、轻载故障进行报警和保护，显示电机的运行电压、电流、单相及三相功率计量的有功、无功、功率因素，电机设备漏电流、电机温度、电机累积运行时间和时钟参数，记录和查询出现故障保护时的电机运行电压和电流。本发明采用主机与电流互感器分体机构，既可构成分体型，又可组合在一起构成一体型，可以满足用户不同柜型的安装需求。
【专利说明】 一种三相电机的智能综合监控器
【技术领域】
[0001]本发明属于机电保护和故障诊断【技术领域】，涉及三相电机在启动和运行状态时进行实时监控，能够及早发现电动机的运行故障，并根据故障类型的不同给出响应信号，达到及时有效的保护电动机，防止破坏性和灾难性事故发生的技术方案。
【背景技术】
[0002]三相电机的智能综合监控器设备是指电机在启动和运行过程中出现短路、堵转、过载、缺相、欠压、过压、失衡、漏电、轻载等故障时有很灵敏的保护作用，能及时有效可靠的保护电动机。电动机是一种实现机、电能转换的电磁装置。电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保障，确保电机的正常运行十分重要，而在实际使用中造成电机烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，因此做好电动机的保护对提高生产效率和经济效益，保证安全生产具有重要意义，而随着生产过程自动化水平的不断提高，对电动机的安全运行要求也越来越高。传统的电动机保护装置大多由分离的元器件或是集成电路组成的电子线路，由于器件和电路的原因，保护电路的可靠性和灵敏性都存在一些问题。随着科学技术的不断进步和工艺的不断完善，为满足自动化生产的要求，需要进一步完善电动机的控制盒保护等级，达到及时有效可靠的保护电动机。随着电子技术的飞速发展，继电保护技术的智能化成为必然趋势。
【发明内容】
[0003]本发明一种三相电机的智能综合监控器，其特征在于该监控器是一种三相电机在启动和运行状态的实时监控器，包括电机在启动和运行过程中出现的短路、堵转、过载、缺相、欠压、过压、失衡、漏电、轻载故障进行报警和保护，可显示电机的运行电压、电流、单相及三相功率计量(有功、无功、功率因素)电机设备漏电流、电机温度、电机累积运行时间和时钟参数，可记录和查询出现故障保护时的电机运行电压和电流。它由:信号采集装置、信号智能处理器、故障参数的记录和查询装置和编程实现装置组成:
信号采集装置
所述的信号采集部分是对电流、电压、漏电和温度信号的采集。其中利用ADE7758ARW的三个单端输入通道进行电压信号的采集，电压变化的最大范围为±0.5V，利用ADE7758ARW的电流通道采集三对差分电压，三路对应的输入电压可设置为±0.5V,±0.25V，±0.125V。ADE7758ARW的片选，串行时钟信号、数据输入、数据输出以及中断请求信号线直接与单片机AT89C51对应的I/O 口相连从而实现通讯。利用LMV358ID搭建的两级放大电路采集漏电信号，然后传送给AT89C51的I/O 口。温度采集是单片机通过RS485通讯从温度设计模块读取过来的。
[0004]信号智能处理器 电压和电流信号由ADE7758ARW采集到后在内部做大量运算的，ADE7758ARW有6路模拟量输入，分成电流和电压两个通道。电流和电压通道各有一个可编程增益放大器增益大小可设为1，2或4。其内部会进行有效值测量、周期和频率值测量、有功电能计量、无功电能计量和视在电能计量的计算和处理，结果都储存在相应寄存器中。ADE7758ARW的各种设定、操作和数据读取都是通过这些寄存器实现的。每个寄存器在读写时首先要执行一个写通道寄存器的操作，然后开始传输数据，这里单片机AT89C51通过片选和时钟信号线的控制向ADE7758ARW写入或者读出所需的参数信息，通过这些参数信息判断电机目前的工作状态，进而做出相应的动作。漏电信号采集是经过运算放大电路处理之后把数据传给单片机，单片机对数据处理后判断是否存在漏电现象，然后执行相应动作。单片机AT89C51作为主控芯片，用来判断获得的信号参数是否出现异常，进而对电机进行保护或报警。
[0005]故障参数的记录和查询部分装置
故障参数的记录和查询是指电机在启动和运行阶段出现故障时，单片机AT89C51会把出现的故障保护时的参数存储并提供查询功能。在单片机AT89C51外围设备中连接了存储芯片AT24C256和时钟芯片DS13072，这样就可以把出现故障时的电机运行电压、电流及发生的时间等存储起来，并通过查询功能找出故障原因。
[0006]编程实现装置
由于实现上述分析主控处理器只需进行少量运算，因此AT89C51单片机完全可以胜任。在显示部分采用STC12LE5612AD处理器，通过串口和AT89C51单片机通讯完成多只LED指示灯和5位数码管显示功能以及4只按键操作。为满足在恶劣环境下如石化、冶炼、选煤等工矿企业的使用需求，必须将系统做成易于安装的产品，因此在C语言环境下进行编程实现智能分析，借助工具库完成软件的编程，最终下载到AT89C51和STC12LE5612AD单片机中，完成广品化。
[0007]所述的信号智能处理装置还包括具有3路可编程继电器无源触点输出，以实现开关量报警输出、保护输出、连锁输出或电机降压启动控制。
[0008]本发明一种三相电机的智能综合监控器的优点在于:
(I)采用主机与电流互感器分体机构，既可构成分体型，又可组合在一起构成一体型，可以满足用户不同柜型的安装需求。
[0009](2)保护器面板可显示电机的运行电压、电流、电机设备漏电流等参数，并可记录和查询出现故障保护时的电机运行电压、电流等参数。
[0010](3)功能强大，具有RS485通信接口，采用Modbus RTU通信协议，可实现联网监控。
[0011](4)具有两路继电器的无源触点输出，可作为保护连锁输出和开关量报警输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例一(一体型)的外形结构图；
图2是本发明实施例一的结构方框图；
图3是本发明实施例一电压和电流信号的采集电路图；
图4是本发明实施例一的信号智能处理器CPU模块的电路原理图；
图5是本发明实施例一的串口通讯任务图；
图6为本发明实施例一显示部分的接口电路图。[0013]图7是本发明实施例二 (分体型)的外形结构图。
[0014]图中，1、主机，2、电流互感器。
【具体实施方式】
[0015]结合附图对本发明的【具体实施方式】做出进一步的详细说明如下:
实施例一:如图1所示，本实施例采用主机I与电流互感器2组合在一起构成一体型。
[0016]如图2所述，本发明一种三相电机的智能综合监控器，包括信号采集、信号智能处理、故障参数存储和编程实现部分。在信号采集中电压和电流信号是经过ADE7758ARW处理后由处理器AT89C51读取电流、电压信息，漏电和开关量输入是直接输入到处理器的I/O口。处理器在接受到输入信息后进行处理，然后做出相应的动作，其中包括向STC12LE5612发送显示命令和继电器的保护动作。
[0017]如图3所述，是本发明的电流和电压信号的采集电路。本发明ADE7758ARW的IAP管脚接C15电容和R30电阻的一脚，C15电容的另一脚接地，R30电阻的另一脚连接IA+，IAN管脚接C14电容和R27电阻的一脚，C14电容的另一脚接地，R27电阻的另一脚连接IA-，在IA+和IA-之间接入R28和R29电阻，IBP管脚接C13电容和R26电阻的一脚，C13电容的另一脚接地，R26电阻的另一脚连接IB+，IBN管脚接C12电容和R23电阻的一脚，C12电容的另一脚接地，R23电阻的另一脚连接IB-，在IB+和IB-之间接入R24和R25电阻，ICP管脚接Cll电容和R22电阻的一脚，Cll电容的另一脚接地，R22电阻的另一脚连接IC+，ICN管脚接ClO电容和R19电阻的一脚，ClO电容的另一脚接地，R19电阻的另一脚连接IC-，在IC+和IC-之间接入R20和R21电阻，ADE7758ARW利用IA+和IA_、IB+和IB-、IC+和IC-采集三对差分电压，三路对应的输入电压可设置为±0.5V，±0.25V，±0.125V。ADE7758ARW的VAP管脚接由C9和R18组成的滤波保护电路以及R6电阻的一脚，R6电阻的另一脚接UA，VBP管脚接由C8和R3组成的滤波保护电路以及R5电阻的一脚，R5电阻的另一脚接UB,VCP管脚接由Cl和R2组成的滤波保护电路以及R4电阻的一脚，R4电阻的另一脚接UC，利用ADE7758ARW的三个单端输入通道UA、UB、UC进行电压信号的采集，电压变化的最大范围为 ±0.5V。
[0018]如图4所述，是本发明故障参数的记录和存储电路原理图。图中主要由四个芯片，即处理器AT89C51、存储器AT24C256和铁电存储器FM24C64以及时钟芯片DS1307，当电机出现故障保护时，处理器会读出时钟数据并且连同其它保护参数存储到AT24C256中，供以后查询故障原因，铁电存储器FM24C64是用来实时存储数据，每0.5S存储一次。本发明中处理器AT89C51的XTALl和XTAL2管脚之间接入晶振X4的两脚，晶振X4的两脚分别接电容C25和C26的一脚，电容C25和C26另一脚接地完成处理器的起振电路；AT89C51的P0.6脚接AT24C256的SDA脚和DS1307的SDA脚用于数据传输，AT89C51的P0.7脚接AT24C256的SCL脚和DS1307的SCL脚用于控制时序，DS1307的Xl和X2脚之间接入晶振X3完成振荡电路，VCC和GND脚分别接电源和地，Vbat脚接外部供电电路电池的正极，保证在断电情况下外部电源可以供电从而保证时钟正确，AT24C256的VCC脚接电源5V，A0、A1、A2、VSS脚都接地；AT89C51 的 P0.0 脚接 FM24C64 的 SCL 脚，P0.1 脚接 FM24C64 的 SDA 脚，FM24C64 的A0、A1、A2、WP、VSS脚都接地，这样AT89C51和FM24C64之间就可以完成数据传输和存储实现实时的存储数据。[0019]如图5所述，本发明的串口接收任务的设计说明，是按照PR0FIBUS通讯协议或MODBUS协议处理监控器和上位机交换信息。任务分为两个两大分支，根据硬件设计进入PR0FIBUS通讯协议处理或是MODBUS协议RTU方式处理，也就是在收到上位机信息后进行分解，根据上位机的请求类型分别处理后应答。
[0020]首先当有通讯任务时判断是否是485通讯，若判断结果为否则进入分支一处理(PR0FIBUS协议处理)，如果判断结果为是则进入分支二处理(M0DBUS协议处理)。在分支一处理中是与SPC3交互直到交互成功，然后0.5秒给SPC3发送一次数据。在分支二处理中先等待上位机信息，直到条件具备时判断是否是呼叫本机，若不是呼叫本机则把接收计数器清零，等待下一次通讯任务，若确定是呼叫本机则计算校验码，计算完成后判断校验码是否正确，若校验码判断错误则把接收计数器清零，等待下一次通讯任务，若校验码判断正确则再判断执行上位机的命令是否正确，若上位机的命令执行错误则把接收计数器清零，等待下一次通讯任务，若上位机执行命令正确则再计算校验码，校验码计算完成后开始启动发送数据，数据发送完成后也就是本次通讯任务结束，等待下一次的通讯任务。
[0021]如图6所述，本发明的显示部分接口电路图，在显示部分采用STC12LE5612AD处理器，完成多只LED指示灯和5位数码管显示功能以及4只按键操作。图中有两个SN74HC5%D，其中一个用于数码管的数据输出，另一个为发光二极管的数据输出。主要实施过程为当STC12LE5612AD处理器接到显示命令后，通过片选功能控制两个SN74HC5%D输出显示数据到相应的数码管或者二极管，刷新显示内容。
[0022]实施例二:如图7所示，本实施例采用主机I与电流互感器2为分体机构，以满足用户不同柜型的安装需求；其它结构与实施例一相同。
【权利要求】
1.一种三相电机的智能综合监控器，其特征在于:对三相电机的启动和运行状态进行实时监控器，即包括电机在启动和运行过程中出现的短路、堵转、过载、缺相、欠压、过压、失衡、漏电、轻载故障进行报警和保护，显示电机的运行电压、电流、单相及三相功率计量的有功、无功、功率因素，电机设备漏电流、电机温度、电机累积运行时间和时钟参数，记录和查询出现故障保护时的电机运行电压和电流。
2.根据权利要求1所述的一种三相电机的智能综合监控器，其特征在于:由信号采集装置、信号智能处理器、故障参数的记录和查询装置和编程实现装置组成； 所述信号采集装置对电流、电压、漏电和温度信号的采集，它包括ADE7758ARW、单片机AT89C51，利用ADE7758ARW的三个单端输入通道进行电压信号的采集，电压变化的最大范围为±0.5V，利用ADE7758ARW的电流通道采集三对差分电压，三路对应的输入电压可设置为±0.5V，±0.25V，±0.125V ；ADE7758ARff的片选，串行时钟信号、数据输入、数据输出以及中断请求信号线直接与单片机AT89C51对应的I/O 口相连从而实现通讯；利用LMV358ID搭建的两级放大电路采集漏电信号，然后传送给AT89C51的I/O 口 ；温度采集是单片机通过RS485通讯从温度设计模块读取过来的； 所述信号智能处理器包括ADE7758ARW、单片机AT89C51，电压和电流信号由ADE7758ARW采集到后在内部做大量运算的，ADE7758ARW有6路模拟量输入，分成电流和电压两个通道；电流和电压通道各有一个可编程增益放大器增益大小可设为1，2或4 ;其内部会进行有效值测量、周期和频率值测量、有功电能计量、无功电能计量和视在电能计量的计算和处理，结果都储存在相应寄存器中；ADE7758ARW的各种设定、操作和数据读取都是通过这些寄存器实现的；每个寄存器在读写时首先要执行一个写通道寄存器的操作，然后开始传输数据，这里单片机AT89C51通过片选和时钟信号线的控制向ADE7758ARW写入或者读出所需的参数信息，通过这些参数信息判断电机目前的工作状态，进而做出相应的动作；单片机AT89C51将采集到的漏电信号数据经过分析、处理后判断是否存在漏电现象，然后执行相应动作；单片机AT89C51作为主控芯片，用来判断获得的信号参数是否出现异常，进而对电机进行保护或报警； 所述故障参数的记录和查询装置提供电机在启动和运行阶段出现故障时的电压、电流及发生时间存储起来，并通过查询功能找出故障原因；它包括单片机AT89C51，在单片机AT89C51外围设备中连接了存储芯片AT24C256和时钟芯片DS13072 ； 所述编程实现装置包括AT89C51单片机、STC12LE5612AD处理器，STC12LE5612AD处理器通过串口和AT89C51单片机通讯完成多只LED指示灯和5位数码管显示功能以及4只按键操作。
3.按照权利要求1所述的一种三相电机的智能综合监控器，其特征在于所述的信号智能处理器包括具有3路可编程继电器无源触点输出，以实现开关量报警输出、保护输出、连锁输出或电机降压启动控制。
【文档编号】G05B19/042GK103699032SQ201310665673
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】陈威宁, 牛昱光, 郭文斌, 李戈兵, 丁力, 贾瑞 申请人:山西华控伟业科技有限公司