本实用新型涉及电动机技术领域，更具体地说，特别涉及一种电动机综合保护测控装置。
背景技术：
三相异步交流电动机(以下简称电动机)广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域，确保电动机的安全控制和经济运行就显得尤为重要，电动机保护测控装置得到了广泛使用。传统的电动机保护装置以熔断器、热继电器为主，但敏度低、误差大、稳定性差，保护不可靠，保护效果不甚理想，后推出了以8/16位单片机为主的集测量保护于一体的第一代测控保护装置，其使用的单片机反应速度慢响应不及时，功能也不全面。为此国内少数厂家也研发了基于32位单片机的新一代电动机保护产品，但在实际使用中接线相对比较复杂，开入开出端子比较少使得电气设计人员只能牺牲部分控制及监测功能，在开入开出端子对应的功能也是固定死的不够灵活，开出继电器的控制方式只能控制通断，开入的常态电平也是固定的，这样做的结果是功能单一、兼容性不强、可靠性低。现有的电动机保护装置不具备直观的监测电动机的实时状态、电机运行管理相关信息，出现故障难以排查。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种集测量、保护、控制、通讯等功能于一体的电动机综合保护测控装置。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种电动机综合保护测控装置，包括电流互感器、采样单元、变送单元、显示单元、通讯模块、开入开出单元和控制单元，所述电流互感器与采样单元连接，所述采样单元、变送单元、显示单元、通讯模块和开入开出单元均与控制单元连接，所述开入开出单元包括开出控制电路和开入检测电路，所述开出控制电路和开入检测电路均与控制单元连接。
进一步地，所述采样单元包括型号为V9203的三相计量芯片、分压电路、三极管放大电路，所述三相计量芯片的第26、29引脚与三极管放大电路连接后输出，所述三相计量芯片的第17引脚与分压电路连接。
进一步地，所述分压电路包括电阻R14、电阻R16和电容C8，所述电阻R14的一端与+5V电源连接，电阻R14的另一端通过电阻R16后接地，电容C8与电阻R16相互并联，所述三相计量芯片的第17引脚连接在电阻R14和电阻R16之间。
进一步地，所述三极管放大电路包括三极管Q1和三极管Q2，所述三极管Q1的基极与三相计量芯片的第29引脚连接，三极管Q1的集电极连接+3.3V电源，三极管Q1的发射极作为输出端，所述三极管Q2的基极与三相计量芯片的第26引脚连接，三极管Q2的集电极连接+3.3V电源，三极管Q2的发射极作为输出端。
进一步地，所述控制单元是型号为STM32的单片机。
进一步地，所述显示单元为LCD显示屏。
进一步地，所述开出控制电路包括型号为ULN2003的驱动器U1和型号为HF32FA-G/5-HSL2G的继电器JQ1，所述驱动器U1的第16引脚通过电阻R1与继电器JQ1第2引脚连接。
进一步地，所述开入检测电路包括型号为TLP785的光耦，且该光耦的PCL1端和PLC-端连接一隔离电源的正极和负极。
进一步地，所述变送单元包括型号为XTR117的电流环芯片和低通滤波器，电流环芯片的输入连接低通滤波器的输出端。
进一步地，所述通讯模块为RS485通讯模块。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型实现了基本的测量、控制、保护功能，在此基础上实现了开入开出的端子功能能够自定义编程，开入开出的初始状态也可以自定义编程，且开出继电器的输出支持脉冲和电平两种方式，脉冲的宽度时间也可以自定义编程，使得控制功能更加灵活，操作更加便捷，系统冗余性更高，增强了可靠性。在面板液晶上可以实时显示一次侧接线模拟图，在运行管理画面里可以显示电机启动和跳闸的相关信息，方便了运行管理及后期维护。此外，在开入开出、模拟量输出、485通信等外部接口设计采用了隔离措施，保障了安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型电动机综合保护测控装置的原理框架图。
图2是本实用新型电动机综合保护测控装置中采样单元的电路图。
图3是本实用新型电动机综合保护测控装置中开出控制电路的电路图。
图4是本实用新型电动机综合保护测控装置中开入检测电路的电路图。
图5是本实用新型电动机综合保护测控装置中变送模块电路的电路图。
图6是本实用新型电动机综合保护测控装置中通信模块电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参阅图1所示，本实用新型提供一种电动机综合保护测控装置，包括电流互感器、采样单元、变送单元、显示单元、通讯模块、开入开出单元和控制单元，所述电流互感器与采样单元连接，所述采样单元、变送单元、显示单元、通讯模块和开入开出单元均与控制单元连接，所述开入开出单元包括开出控制电路和开入检测电路，所述开出控制电路和开入检测电路均与控制单元连接。
本实用新型实现了集测量、保护、控制、通讯等功能于一体。
参阅图2所示，所述采样单元包括型号为V9203的三相计量芯片、分压电路、三极管放大电路，三相计量芯片V9203测量速度最快更新速率为20ms，三相计量芯片的第26、29引脚与三极管放大电路连接后输出，即第26、29脚通过三极管放大电路将放大后的电能脉冲信号进行输出，三相计量芯片的第17引脚与分压电路连接，三相计量芯片的第40、41、42脚以SPI通讯协议将测量数据传输给主控单元。
为获取电动机在运行过程中的晃电现象，本实用新型巧妙地应用了三相计量芯片的掉电检测功能，在其第17脚构建了分压电路，当系统电压低于3.3V时三相计量芯片会通过中断引脚将掉电信息上报给主控单元。电流和电压互感器的信号分给通过标号为IAP、IBP、ICP、UAP、UBP、UCP接入三相计量芯片引脚。
所述的分压电路包括电阻R14、电阻R16和电容C8，电阻R14的一端与+5V电源连接，电阻R14的另一端通过电阻R16后接地，电容C8与电阻R16相互并联，三相计量芯片的第17引脚连接在电阻R14和电阻R16之间。
所述的三极管放大电路包括三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的基极与三相计量芯片的第29引脚连接，三极管Q1的集电极连接+3.3V电源，三极管Q1的发射极作为输出端，三极管Q2的基极与三相计量芯片的第26引脚连接，三极管Q2的集电极连接+3.3V电源，三极管Q2的发射极作为输出端。
所述的控制单元是型号为STM32的单片机，带有时钟芯片及存储器，单片机的电源IO口连接有退耦电容。控制单元与采样单元通过插针的形式连接，负责采集采样单元的测量数据，通过测量数据检测出故障时驱动前诉开入开出单元的开出继电器，将故障电动机从电网中切除。控制单元与开出控制电路和开入检测电路均通过插针的形式连接，其检测开入量的信号获取用户指令、接触器、断路器状态，通过IO电平控制开入开出单元的继电器输出。控制单元与显示单元通过插针的形式连接，运用单片机的并口FSMC协议控制LCD液晶。控制单元与变送单元通过插针的形式连接，运用单片机的PWM寄存器控制占空比输出，从而达到使变送模块输出4-20mA或0-20mA的功能。控制单元与通信模块通过插针的形式连接，通过单片机的USART口实现物理连接，在软件上实现modbus协议。
所述的显示单元为LCD显示屏，具有8个led灯及5个独立按键，本实用新型采用了一块分辨率为128*128的液晶点阵屏，主要显示测量数据及用户设置菜单。按键的功能主要是实现与用户的人机交互，其中保留一个按键的功能为复位电动机的故障状态。本实用新型设计了8个led灯用来指示启动、停止、运行、故障、就地、远方、通讯、本机等保护装置的状态。
参阅图3所示，所述的开出控制电路包括型号为ULN2003的驱动器U1和型号为HF32FA-G/5-HSL2G的继电器JQ1，所述驱动器U1的第16引脚通过电阻R1与继电器JQ1第2引脚连接，通过控制输入脚的高低电平即可控制继电器JQ1。
参阅图4所示，所述开入检测电路包括型号为TLP785的光耦，实现输入与内部电路隔离，且该光耦的PCL1端和PLC-端连接一隔离电源的正极和负极。
参阅图5所示，所述的变送单元的功能是将控制单元传入的PWM波转换为0～20mA的输出，变送单元包括型号为XTR117的电流环芯片和低通滤波器，电流环芯片的输入连接低通滤波器的输出端。在使用时，由电阻R5、电阻R6和电容C3构成的低通滤波器将高频PWM信号滤波为0-3.3V的直流电压信号，电流环芯片的输入接低通滤波器的输出，电流环芯片按输入的直流电压成比例的输出0-20mA信号。
参阅图6所示，所述的通讯模块为RS485通讯模块。通讯模块通过串口接收主控单元的USART串口信号，将其转换为RS485电平，为达到隔离功能，电平转换芯片的电源为系统+3.3V电源经过DC转DC隔离电源模块后得到3.3V。
所述的电流互感器是将电动机一次侧的电流成比例转换为0-3.75V信号给采样单元使用，电流互感器通过电缆线与保护装置连接。
本实用新型除了实现测量、控制、保护、通信等基本功能外，本实用新型可以根据实际的需要设计了一次回路状态模拟图、开入及开出端子功能重定义、开入及开出初始状态自定义编程、开出控制方式自定义编程、开出脉冲宽度时间自定义编程、运行维护信息等，也就是说本实用新型提供的电动机综合保护测控装置可以根据实际运行电动机的要求进行相应的二次开发。例如下面所示：
本实用新型中的一次回路状态模拟图包括实时显示断路器状态、接触器状态及电动机状态，当检测到断路器开入量通断时，其断路器显示画面随之变化；当检测到接触器开入量通断时，其接触器显示画面随之变化；当电动机正在运行时，画面中电动机符号也会随之转动，否则为静止状态。实现的方法主要是利用LCD的画点及画线功能函数。
本实用新型实现了开入及开出端子功能重定义，软件通过定义一个共用体来存储用户设置的功能编号，其如下例所示：
当检测到某一开入量变化时，查找对应编号即可知道所对应的操作功能，继而进行相应的功能处理。开出量端子功能自定义功能也是通过建立类似的结构体实现。
本实用新型实现了开入及开出初始状态自定义编程，对于开出量初始在常闭还是常开状态存储在一个16Bit的数据中，状态1代表常开0代表常闭，其中开0-11位的状态即为开入量用户设置的初始状态，开入量检测时通过与对应位对比即可知道外部开关的通断状态。开出继电器的初始状态存储在一个8Bit的数据中，状态1代表常闭0代表常开，其中开0-8位的状态即为开出量用户设置的初始状态，输出时直接输出相应的bit位即可控制继电器输出。
本实用新型的开出控制方式自定义编程主要分为电平输出和脉冲输出，对于电平输出是最直接的控制继电器的通断，而脉冲输出则是继电器吸合后到达用户设置的脉宽时间后断开继电器，实现脉冲输出，这对断路器跳闸线圈非常有益。
本实用新型的开出脉冲宽度时间自定义编程主要是控制继电器脉冲输出的宽度，用来控制断路器一类的电气设备。
本实用新型的运行维护信息包括电动机启动时间、电动机停止时间、电动机操作次数、电动机跳闸次数、电动机启动用时等，电动机启动时间是在电动机启动后将即时时间存储到启动时间数据结构中，并且操作次数加1；电动机启动时间是在电动机停止后将即时时间存储到停止时间数据结构中，并且跳闸次数加1；电动机启动用时是运行的时间减去启动时间；这部分功能方便了维护管理。
本实用新型实现了基本的测量、控制、保护功能，在此基础上实现了开入开出的端子功能能够自定义编程，开入开出的初始状态也可以自定义编程，且开出继电器的输出支持脉冲和电平两种方式，脉冲的宽度时间也可以自定义编程，使得控制功能更加灵活，操作更加便捷，系统冗余性更高，增强了可靠性。在面板液晶上可以实时显示一次侧接线模拟图，在运行管理画面里可以显示电机启动和跳闸的相关信息，方便了运行管理及后期维护。此外，在开入开出、模拟量输出、485通信等外部接口设计采用了隔离措施，保障了安全运行。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。