一种基于智能软启动控制设备的弱电检测系统及方法与流程

本发明涉及弱电检测领域，尤其涉及一种基于智能软启动控制设备的弱电检测系统及方法。

背景技术：

随着电子技术的飞速发展和电子功率器件的大量出现和不断完善，传统的用来控制电机起动的方法如热变电阻、自耦降压、串电阻或电抗等起动方式已经从市场上消失。目前用来控制异步电机起动的主要是软起动器和变频器。由于变频器的价格是晶闸管电机软起动器的几倍甚至是十几倍，电气特性不易掌握，控制过程复杂，普通用户很难接受。而传统的晶闸管电机软起动控制器无法实现对起动过程的实施监控，不具有WEB服务器功能，不能建立B/S模式的通信机制来实现软起动器的网络化控制，跟不上时代发展的步伐。

进入二十一世纪以来，伴随智能电网的提出，计算机技术的快速发展和嵌入式工业控制设备的网络化需求。嵌入式工业控制的发展方向有所改变，在满足基本功能的前提下开始转向网络化，物联化。而现在主流的异步电机软起动器设备只能与主机进行通信，却不能够直接接入以太网当中，无法为智能电网提供智能终端进而实现智能配电。同时晶闸管软起动器对电压电流的控制是通过对正弦波截断位置的控制实现的。它的关键技术是三相交流电源电压过零信号的采集和过零信号提取时抗干扰性能的提高。目前多数软起动器采用变压器降压或者电压、电流互感器来获取其过零点，这样做的缺点是相位偏移以及抗干扰性较差。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种基于智能软启动控制设备的弱电检测系统及方法，在该系统中的电源同步信号检测电路由快速光耦电路以及多步时序电路构成，这种方案实施的优点是抗干扰性强，相位检测好，此外为了限制起动时过大的电流，控制器采用单神经元自适应PID算法，可以有效解决背景技术中的问题。

为此，本发明提供了一种基于智能软启动控制设备的弱电检测系统，所述的嵌入式处理模块的输入端与信号控制中心的数据端相连接，在信号控制中心的输出端通过主电路与信号处理模块相连接，所述信号处理模块的输出端与嵌入式处理模块的数据端相连接，在嵌入式处理模块的输入端还连接有电压检测电路，所述主电路包括三相交流电源模块、晶闸管调压模块、电压过零信号检测模块、当前电机加载电压测量模块；

三相交流电源模块，包括电流同步检测模块和电压检测模块，可以用来检测三相电压的过零点的位置，从而计算出电流滞后电压的角度；

晶闸管调压模块，通过控制正向和反向共六路晶闸管的导通来控制加载到电动机上的电压，通过闭环控制算法处理后将信号输出；

电压过零信号检测模块，通过电流和电压过零点的位置可以计算出续流角的大小；

当前电机加载电压测量模块，根据检测过来的电压过零点和计算好的导通角来精确确定晶闸管的触发位置进而控制加载电压实现对电流的实时控制。。

所述主电路内部安装有控制电机起动装置，采用LPC2378系列的处理芯片，并且使用ARM7TDMI-S处理器，工作频率最高可以达到72MHz；所述嵌入式处理模块的内部设置有实时时钟模块，且实时时钟模块的数据端采用上位机进行控制，并且利用电平转换器实现电压可控的功能；所述主电路的输入端还连接有故障检测电路，所述故障检测电路的输入端还可以直接通过输入按键模块对电路内部的相位、频率进行检测，同时故障检测电路的输入端还连接有电机故障保护模块；所述嵌入式处理模块采用电机控制芯片内部特有的SRAM存储数据，并且还可以通过以太网接口外接静态数字存储器。

所述信号控制中心还包括信号隔离电路和RS485通讯模块，所述信号隔离电路接收来自启动脉冲信号模块的脉冲信号，利用RS485通讯模块将信号处理后的数据发生出去，并存储在数据库中；所述信号处理模块还包括电流有效值检测电路和电流互感器，所述电流有效值检测电路的输出端通过A/D转换模块与电流互感器的输入端相连接；所述电压检测电路包括电机电能计算模块和SCR保护检测电路，所述电机电能计算模块的输出端还连接有液晶显示模块，所述SCR保护检测电路的输出端还连接有继电器模块，在SCR保护检测电路的数据端还连接有相位检测计。

另外本发明还设计了一种基于智能软启动控制设备的弱电检测方法，包括人如下步骤：

S1、以嵌入式系统为核心的控制电机起动芯片，提供强大的操作系统以及建立不同功能的库函数；

S2、利用电机起动芯片对起动参数进行实时监控，并且设计可操作界面，能够实现对液晶切换界面和对起动以及保护电机等有关数据进行修改；

S3、利用实时时钟对时间进行设置，然后实现软起动器每隔一定时间起动一次三相异步电机，使三相异步电机能够长时间保持正常状态；

S4、通过按键实现不同界面的切换与操作以及200个电机起动参数的设置，并且将数据存储在外扩存储器中，根据接收到的无线信号可以实现软起动器在发生严重故障时能够使芯片复位；

S5、在编程控制模块，下载程序运行，并将设置的参数和起动的事件记录保存到内部ROM或者外部ROM中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于智能软启动控制设备的弱电检测系统，在该系统中的电源同步信号检测电路由快速光耦电路以及多步时序电路构成，这种方案实施的优点是抗干扰性强，相位检测好，此外为了限制起动时过大的电流，控制器采用单神经元自适应PID算法，这种算法对定子电流和转子电流在电机起动初期起到明显的调节效果。电流和电机转速可以按设计中的曲线平稳上升。控制中输出电压不会发生明显的跳变，还可以根据实际出现的问题及时调整控制的数学参数。输出控制采用100kHZ的矩形脉冲驱动变压器，通过变压器实现强弱电隔离，实现弱电驱动强电的目的，提高电路性能可靠性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明主电路内部结构示意图；

图3为本发明电路结构示意图。

图中：1-嵌入式处理模块；2-上位机；3-实时时钟模块；4-信号处理模块；5-电流互感器；6-A/D转换模块；7-电流有效值检测电路；8-电压检测电路；9-继电器模块；10-相位检测计；11-SCR保护检测电路；12-电机电能计算模块；13-液晶显示模块；14-信号控制中心；15-信号隔离电路；16-启动脉冲信号模块；17-RS485通讯模块；18-主电路；19-数据库；20-故障检测电路；21-输入按键模块；22-三相交流电源模块；23-当前电机加载电压测量模块；24-晶闸管调压模块；25-电压过零信号检测模块；26-数字存储器；27-电机故障保护模块；28-电流同步检测模块；29-电压检测模块；30-控制电机起动装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1、图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种基于智能软启动控制设备的弱电检测方法，包括以下步骤：

S1、以嵌入式系统为核心的控制电机起动芯片，提供强大的操作系统以及建立不同功能的库函数；

S2、利用电机起动芯片对起动参数进行实时监控，并且设计可操作界面，能够实现对液晶切换界面和对起动以及保护电机等有关数据进行修改；

S3、利用实时时钟对时间进行设置，然后实现软起动器每隔一定时间起动一次三相异步电机，使三相异步电机能够长时间保持正常状态；

S4、通过按键实现不同界面的切换与操作以及200个电机起动参数的设置，并且将数据存储在外扩存储器中，根据接收到的无线信号可以实现软起动器在发生严重故障时能够使芯片复位；

S5、在编程控制模块，下载程序运行，并将设置的参数和起动的事件记录保存到内部ROM或者外部ROM中。

所述嵌入式处理模块1内部安装有控制电机起动装置30，采用LPC2378系列的处理芯片，并且使用ARM7TDMI-S处理器，工作频率最高可以达到72MHz；所述嵌入式处理模块1的内部设置有实时时钟模块3，且实时时钟模块3采用上位机2进行控制，并且利用电平转换器实现电压可控的功能；所述输入按键模块21可以通过故障检测电路20直接对电路内部的相位、频率进行检测，同时故障检测电20路的输入端还连接有电机故障保护模块27；所述外扩存储器采用电机控制芯片内部特有的SRAM，并且还可以通过以太网接口外接静态数字存储器26；所述的嵌入式处理模块1的输入端与信号控制中心14的数据端相连接，在信号控制中心14的输出端通过主电路18与信号处理模块4相连接，所述信号处理模块4的输出端与嵌入式处理模块1的数据端相连接，在嵌入式处理模块1的输入端还连接有电压检测电路8。

所述主电路18包括三相交流电源模块22、晶闸管调压模块24、电压过零信号检测模块25、当前电机加载电压测量模块23；

三相交流电源模块22，包括电流同步检测模块28和电压检测模块29，可以用来检测三相电压的过零点的位置，从而计算出电流滞后电压的角度；

晶闸管调压模块24，通过控制正向和反向共六路晶闸管的导通来控制加载到电动机上的电压，通过闭环控制算法处理后将信号输出；

电压过零信号检测模块25，通过电流和电压过零点的位置可以计算出续流角的大小；

当前电机加载电压测量模块23，根据检测过来的电压过零点和计算好的导通角来精确确定晶闸管的触发位置进而控制加载电压实现对电流的实时控制。

所述信号控制中心14还包括信号隔离电路15和RS485通讯模块17，所述信号隔离电路15接收来自启动脉冲信号模块16的脉冲信号，利用RS485通讯模块17将信号处理后的数据发生出去，并存储在数据库19中；所述信号处理模块4还包括电流有效值检测电路7和电流互感器5，所述电流有效值检测电路7的输出端通过A/D转换模块6与电流互感器5的输入端相连接；所述电压检测电路8包括电机电能计算模块12和SCR保护检测电路11，所述电机电能计算模块12的输出端还连接有液晶显示模块13，所述SCR保护检测电路11的输出端还连接有继电器模块9，在SCR保护检测电路11的数据端还连接有相位检测计10。

所述电机软起动主要通过周期性开通和关断晶闸管的导通角位置，进而控制加载到三相异步电机上的三相电压。由触发位置的连续变化实现连续可调性；控制信号要通过微控制器发出弱控制信号，然后经过电路转换为控制晶闸管的控制极信号，促使电源端和负载端的可靠导通；同时给三相驱动电路中的变压器提供12V的电源，还需要设计为可编程输入提供24V的内部电源以及外部5V电源。电源电路的可靠设计为整个软起动的正常工作提供特别重要的能源保证。

本发明的工作原理：该基于智能软启动控制设备的弱电检测系统，在该系统中的电源同步信号检测电路由快速光耦电路以及多步时序电路构成，这种方案实施的优点是抗干扰性强，相位检测好，此外为了限制起动时过大的电流，控制器采用单神经元自适应PID算法，这种算法对定子电流和转子电流在电机起动初期起到明显的调节效果。电流和电机转速可以按设计中的曲线平稳上升。控制中输出电压不会发生明显的跳变，还可以根据实际出现的问题及时调整控制的数学参数。输出控制采用100kHZ的矩形脉冲驱动变压器，通过变压器实现强弱电隔离，实现弱电驱动强电的目的，提高电路性能可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。