专利名称：电动机自启动功能模块及其控制方法
技术领域：
本发明是为电厂及各类工矿企业的低压380V电网的电动机提供自启动功能，属于电力系统自动化装置。
背景技术：
低压380V电网的电动机通常由接触器来进行控制，在控制电源(通常与系统电源是同一路)电压出现波动或短时失电等异常情况下，电压型的接触器线圈因为不能充分励磁，电动机可能因接触器主触头断开而导致停车。本文提到的电动机自启动技术即是指，在系统电源电压出现短时间故障(一般小于10s)又恢复正常的条件下，通过一定的方式，保证电动机能够自启动，继续维持正常运行。
现有的完成电动机自启动的技术主要有1.利用时间继电器的组合接线，实现自起动功能。即在电动机接触器的自保持回路中并联上时间继电器的延时断开节点，确保在整定的时间内发生的电源电压短暂波动后，电动机能够可靠自起动。这种技术在传统的电力系统厂用电系统中得到广泛应用。这项技术的缺点是接线复杂，给工程现场维护与故障检测带来不便。随着电气自动化的逐步发展，这种传统的依靠继电器接线方式面临淘汰，逐步为保护测控一体化的微机装置来取代。
2.采用电动机微机保护装置，并配置不间断电源(UPS)对保护装置供电，实现自启动功能。此时系统电源与装置电源采用同一路电源，由UPS对保护装置供电，确保在一定的系统电源失电时间范围内，装置能够正常工作，通过监视电源电压与电动机的状态、接触器的状态，按照一定的逻辑实现电动机的自启动功能。但由于UPS造价较高，维护量大，所以这并不是最高效的解决办法。
发明内容
技术问题本发明的目的在于解决背景技术中提到的问题，提供一种电动机自启动功能模块及其控制方法，在不采用间断电源的方法下，可靠高效的实现电动机的自启动功能。
技术方案本发明的电动机自起动功能模块的包括电源模块、时钟模块、出口控制模块、ARM处理器，主要工作原理是在系统电源异常时，电源模块将为保护装置提供短时间的工作电源，在此期间保护装置将接触器跳开电动机停车的时间记录到时钟模块的掉电不丢失芯片中，并判断其与系统恢复正常供电的时间间隔，按照一定的逻辑由出口模块进行电机自启动控制。
电源模块中的专用电源模块输出端接装置电源模块的输入端，装置电源模块的输出端有三路输出，第一路输出接装置稳压块，第二路输出为系统用电源A，第三路输出为电源告警信号，装置稳压块的输出端为系统用电源B；时钟模块包括实时时钟芯片、实时时钟供电模块、掉电不丢失存储芯片，其中，实时时钟芯片、掉电不丢失存储芯片分别与ARM处理器相接；出口控制模块包括D触发器、相关继电器，其中，ARM处理器的输出端接D触发器的输入端，D触发器的输出端接相关继电器的输入端。
出口控制模块包括D触发器、光电隔离器件及继电器，主要功能是使装置实现出口控制。装置的出口控制信号经D触发器和光电隔离器件，使继电器工作。D触发器是一个辅助器件，主要功能是使装置在程序重启时不会因继电器控制信号复位使继电器打开，而导致电动机停车。在出口控制模块中，D触发器中的触发电路“U6”的“D01-D09”端接ARM处理器的输出控制信号，触发电路“U6”的“Q0-Q7”端接出口继电器“R7～R10”前端光电隔离器“U8-U11”的输入端“1”和“2”脚，ARM处理器的控制信号经过触发电路“U6”送到光电隔离器U8-U11的输入端，再经过隔送到4个出口继电器的输出端，对出口继电器进行控制。
时钟模块包括时钟供电模块、时钟芯片和掉电不丢失芯片，主要功能是使装置能够读取和存储各种情况下的时间信息。时钟供电模块为时钟芯片提供备用电源，当外部电源模块维持的电源消失后，它作为时钟芯片的工作电源，使时钟能够维持持续运行，使装置能够在系统电源恢复后能够正确读取到当前时间。掉电不丢失芯片提供存储功能，使装置能够将系统电源异常导致电机停车的当前时间记录下来。时钟模块中的实时时钟供电模块中二极管“D1”的负端接实时时钟芯片中时钟芯片“U5”的“VBCAKUP”端；时钟芯片“U5”的“SCL”与“SDA”端连接到ARM处理器的时钟端；掉电不丢失存储芯片中的存储芯片“U7”的“SCL”和“SDA”端连接到ARM微处理器的时钟端；实时时钟芯片供电模块在系统失电的情况下为时钟芯片提供备用电源供电，使时钟能够维持正常运行；时钟芯片上的时间信息，通过IIC数据信号，传送到ARM微处理器中；掉电不丢失芯片上的信息，通过IIC数据信号，可以为ARM微处理器所读写。
控制方法是判断电动机因失电停车的时刻和系统电源恢复供电的时刻的时间间隔，若此间隔在设定的时间值以内，则维持出口继电器的闭合，使电机自启动；若此间隔在超过设定的时间值，则将出口继电器打开，禁止电机自启动。本发明的电动机自启动功能模块的控制方法是在保护装置正常运行过程中，若判断到电动机处于运行状态，则进行以下自启动判断逻辑处理1).若接触器处于断开位置，则检测电力系统电压是否低于设定的定值，若否，则退出自启动功能判断逻辑，若是，则转到下一步；2).将当前接触器跳开的时间保存至EEPROM之中；3).判断电力系统电压是否大于设定的电压恢复值，若是，则执行以下操作置出口继电器，将接触器闭合，将EEPROM里的自启动存储信息清除，生成自启动成功报文；若否，则转到下一步；4).比较当前时间与EEPROM里保存的时间间隔是否大于设定值，若否，则跳转到步骤3，若是，转到下一步；5).清装置的出口继电器，将接触器跳开；6).清除EEPROM保存的自启动信息；7).生成自启动失败报文。
装置一开始上电后，执行以下于自启动相关的逻辑处理1).读取时钟芯片中的时间信息，EEPROM里自启动的相关信息；2).判断当前时间与接触器跳开时间的时间间隔是否小于设定的自启动时间。若否，则清除EEPROM保存的失压重启动信息，生成失压重启动失败报文；若是，则按照装置正常运行过程中，自启动判断处理逻辑的步骤3至步骤7步的流程进行。
电源模块包括外部电源模块、装置电源模块与稳压模块，主要功能是将电力系统的AC220电源转换为装置的工作电源。外部电源模块负责在电力系统电源异常时为装置输出暂时的工作电源。装置电源模块和稳压模块负责将外部电源电压转化为装置里各个系统能够正常工作的电压。系统交流220V电源的两端对应于外部电源模块“U1”的“VinL”和“VinN”端，外部电源模块的“V+”与“V-”对应与装置电源模块“U2”的V+与V-，装置电源模块“U2”的“V1”和“GND1”并联两路对应于稳压模块的“U3”和“U4”的“VIN”和“GND”，稳压模块“U3、U4”的两个VOUT脚连接到ARM处理器及系统内其他芯片，作为系统用电源；装置电源模块“U2”的“V2、GND2”端是开入量及开出量的内部控制电源，作为系统用电源A；装置电源模块“U2”的“WARN”端连接到ARM处理器，作为电源告警信号。外部交流电源通过外部电源模块送到装置电源模块中，装置电源模块的一路输出电源通过稳压模块输出电源作为系统用电源B，装置电源模块的第二路输出电源作为系统用电源A，装置电源模块的一路告警信号输出到装置作为电源监视告警信息。
有益效果a)在电动机保护装置中实现电动机的失压重起动功能，比起传统的技术实现方式，接线更简单，同时由于计算机的可编程性质，实现电机的失压重起动和综合管理，具有控制精确，参数整定方便和可进行历史数据查询的优点。
b)本技术方案利用时钟的掉电持续运行及特殊的软件控制方法，采用简单的电源模块，即可实现掉电长时间的电动机失压重起动功能。一般由UPS对保护装置供电，至少须提供10s左右的工作电源时间，而由本技术采用的电路及软件控制方法，电源模块仅需提供短时的工作电源(至少1S左右即可)。省略了昂贵的UPS装置，电源模块相对于UPS使用寿命长，维护量小，体积小巧便于安装。
图1是本发明系统功能框图。
图2是本发明软件控制流程图。
图3是本发明出口控制模块原理图。
图4是本发明实时时钟原理图。
图5是本发明供电原理图。
以上的图中有电源模块1、时钟模块2、出口控制模块3、ARM处理器4。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。图1为系统功能框图，主要包括电源模块1、时钟模块2、出口控制模块3、ARM处理器4；其中，电源模块1中的专用电源模块11输出端接装置电源模块12的输入端，装置电源模块12的输出端有三路输出，第一路输出接装置稳压块13，第二路输出为系统用电源A，第三路输出为电源告警信号，装置稳压块13的输出端为系统用电源B；时钟模块2包括实时时钟芯片21、实时时钟供电模块22、掉电不丢失存储芯片23，其中，实时时钟芯片21、掉电不丢失存储芯片23分别与ARM处理器4相接；出口控制模块3包括D触发器31、相关继电器32，其中，ARM处理器4的输出端接D触发器31的输入端，D触发器31的输出端接相关继电器32的输入端。
图2为固化在ARM微处理器中的电动机自启动软件控制方法，按照图示的流程进行。工作过程说明如下保护装置正常运行过程中，若判断到电动机处于运行状态，则进行以下自启动判断逻辑处理1).若接触器处于断开位置，则检测电力系统电压是否低于设定的定值，若否，则退出自启动功能判断逻辑，若是，则转到下一步；2).将当前接触器跳开的时间保存至EEPROM之中；3).判断电力系统电压是否大于设定的电压恢复值，若是，则执行以下操作置出口继电器，将接触器闭合，将EEPROM里的自启动存储信息清除，生成自启动成功报文；若否，则转到下一步；4).比较当前时间与EEPROM里保存的时间间隔是否大于设定值，若否，则跳转到步骤3，若是，转到下一步；5).清装置的出口继电器，将接触器跳开；6).清除EEPROM保存的自启动信息；7).生成自启动失败报文；装置一开始上电后，执行以下于自启动相关的逻辑处理1).读取时钟芯片中的时间信息，EEPROM里自启动的相关信息，2).判断当前时间与接触器跳开时间的时间间隔是否小于设定的自启动时间。若是，则按照装置正常运行过程中，自启动判断处理逻辑的步骤3至步骤7步的流程进行；若否，则清除EEPROM保存的失压重启动信息，生成失压重启动失败报文。
图3为出口控制原理图，在出口控制模块3中，D触发器31中的触发电路“U6”的“D01-D09”端接ARM处理器4的输出控制信号，触发电路“U6”的“Q0-Q7”端接出口继电器“R7～R10”前端光电隔离器“U8-U11”的输入端“1”和“2”脚，ARM处理器4的控制信号经过触发电路“U6”送到光电隔离器“U8-U11”的输入端，再经过隔送到4个出口继电器的输出端，对出口继电器进行控制。
图4为实时时钟原理图，时钟模块2中的实时时钟供电模块22中二极管“D1”的负端接实时时钟芯片21中时钟芯片“U5”的“VBCAKUP”端；时钟芯片“U5”的“SCL”与“SDA”端连接到ARM处理器4的时钟端；掉电不丢失存储芯片23中的存储芯片“U7”的“SCL”和“SDA”端连接到ARM微处理器的时钟端；实时时钟芯片供电模块在系统失电的情况下为时钟芯片提供备用电源供电，使时钟能够维持正常运行；时钟芯片上的时间信息，通过IIC数据信号，传送到ARM微处理器中；掉电不丢失芯片上的信息，通过IIC数据信号，可以为ARM微处理器所读写。
图5为系统供电原理图，系统交流220V电源的两端对应于外部电源模块“U1”的“VinL”和“VinN”端，外部电源模块的“V+”与“V-”对应与装置电源模块“U2”的V+与V-，装置电源模块“U2”的“V1”和“GND1”并联两路对应于稳压模块的“U3”和“U4”的“VIN”和“GND”，稳压模块“U3、U4”的两个VOUT脚连接到ARM处理器及系统内其他芯片，作为系统用电源；装置电源模块“U2”的“V2、GND2”端是开入量及开出量的内部控制电源，作为系统用电源A；装置电源模块“U2”的“WARN”端连接到ARM处理器，作为电源告警信号。外部交流电源通过外部电源模块送到装置电源模块中，装置电源模块的一路输出电源通过稳压模块输出电源作为系统用电源B，装置电源模块的第二路输出电源作为系统用电源A，装置电源模块的一路告警信号输出到装置作为电源监视告警信息。
主要元器件清单
权利要求
1.一种电动机自启动功能模块，其特征在于该自启动功能模块包括电源模块(1)、时钟模块(2)、出口控制模块(3)、ARM处理器(4)；其中，电源模块(1)中的专用电源模块(11)输出端接装置电源模块(12)的输入端，装置电源模块(12)的输出端有三路输出，第一路输出接装置稳压块(13)，第二路输出为系统用电源A，第三路输出为电源告警信号，装置稳压块(13)的输出端为系统用电源B；时钟模块(2)包括实时时钟芯片(21)、实时时钟供电模块(22)、掉电不丢失存储芯片(23)，其中，实时时钟芯片(21)、掉电不丢失存储芯片(23)分别与ARM处理器(4)相接；出口控制模块(3)包括D触发器(31)、相关继电器(32)，其中，ARM处理器(4)的输出端接D触发器(31)的输入端，D触发器(31)的输出端接相关继电器(32)的输入端。
2.根据权利要求1所述的电动机自启动功能模块，其特征在于在出口控制模块(3)中，D触发器(31)中的触发电路“U6”的“DO1-DO9”端接ARM处理器(4)的输出控制信号，触发电路“U6”的“Q0-Q7”端接出口继电器“R7～R10”前端光电隔离器“U8-U11”的输入端“1”和“2”脚，ARM处理器(4)的控制信号经过触发电路“U6”送到光电隔离器“U8-U11”的输入端，再经过隔送到4个出口继电器的输出端，对出口继电器进行控制。
3.根据权利要求1所述的电动机自启动功能模块，其特征在于时钟模块(2)中的实时时钟供电模块(22)中二极管“D1”的负端接实时时钟芯片(21)中时钟芯片“U5”的“VBCAKUP”端；时钟芯片“U5”的“SCL”与“SDA”端连接到ARM处理器(4)的时钟端；掉电不丢失存储芯片(23)中的存储芯片“U7”的“SCL”和“SDA”端连接到ARM微处理器的时钟端。
4.一种如权利要求1所述的电动机自启动功能模块的控制方法，其特征在于保护装置正常运行过程中，若判断到电动机处于运行状态，则进行以下自启动判断逻辑处理1).若接触器处于断开位置，则检测电力系统电压是否低于设定的定值，若否，则退出自启动功能判断逻辑，若是，则转到下一步；2).将当前接触器跳开的时间保存至EEPROM之中；3).判断电力系统电压是否大于设定的电压恢复值，若是，则执行以下操作置出口继电器，将接触器闭合，将EEPROM里的自启动存储信息清除，生成自启动成功报文；若否，则转到下一步；4).比较当前时间与EEPROM里保存的时间间隔是否大于设定值，若否，则跳转到步骤3，若是，转到下一步；5).清装置的出口继电器，将接触器跳开；6).清除EEPROM保存的自启动信息；7).生成自启动失败报文；装置一开始上电后，执行以下于自启动相关的逻辑处理1).读取时钟芯片中的时间信息，EEPROM里自启动的相关信息；2).判断当前时间与接触器跳开时间的时间间隔是否小于设定的自启动时间。若否，则清除EEPROM保存的失压重启动信息，生成失压重启动失败报文；若是，则按照装置正常运行过程中，自启动判断处理逻辑的步骤3至步骤7步的流程进行。
全文摘要
电动机自启动功能模块及其控制方法是为电厂及各类工矿企业的低压380V电网的电动机提供自启动功能，其中，电源模块(1)中的专用电源模块(11)输出端接装置电源模块(12)的输入端，装置电源模块的输出端有三路输出，第一路输出接装置稳压块(13)，第二路输出为系统用电源A，第三路输出为电源告警信号，装置稳压块的输出端为系统用电源B；时钟模块(2)包括实时时钟芯片(21)、实时时钟供电模块(22)、掉电不丢失存储芯片(23)，其中，实时时钟芯片、掉电不丢失存储芯片分别与ARM处理器(4)相接；出口控制模块(3)包括D触发器(31)、相关继电器(32)，其中，ARM处理器(4)的输出端接D触发器的输入端，D触发器的输出端接相关继电器的输入端。
文档编号H02H3/02GK1832287SQ200610038899
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者张洁, 仲伟, 周正超 申请人:江苏金智科技股份有限公司