专利名称：电动机控制保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机保护装置，更具体地说，涉及一种集成了保护、控制、可通信功能的电动机控制保护装置。
背景技术：
目前，国内外对电动机的短路、过载、断相保护和频繁的智能化控制，一般采用分离的元器件来实现，由于每个元件只能实现其中的一部分功能，因此，时常采用如下的几种组合方式可通信断路器+接触器+热继电器(电动机保护器) (1)或断路器+接触器+可通信电动机保护器 (2)或断路器+可通信接触器+热继电器(电动机保护器) (3)从上面的几种组合方式中可以看出，即采用分离元器件构成的装置，尤其是可通信装置中，往往在几种分离元器件中只有一个是带有通信功能的，这样构成的可通信装置，在进行数据通信时，就会缺少一部分数据和信息。对于在电动机保护的领域中来说，当采用方式(1)时，只能对断路器的状态、数据等信息进行通信，负责进行控制的上位机(一般是通过计算机网络与其中的可通信部件进行通信)只能看到可通信断路器所记录的短路故障而无法看到由热继电器(电动机保护器)所保护和记录的过载、断相等故障，且无法由上位机控制接触器的通和断，而远程控制接触器的通断是这样一个系统所必须具备的基本功能；采用方式(2)时，则上位机只能看到电动机保护器所保护和记录的过载、断相等故障，而无法观察和记录到断路器发生短路保护的情况，也无法远程控制接触器的和与分；当采用方式(3)时，上位机只能远程控制接触器的通断，无法看到和记录所有的故障情况；显然，上述三种方式都是不全面的，如果为了采用以上三种分离元器件构成完整全面的可通信保护装置，而全部采用可通信的元器件，即
可通信断路器+可通信接触器+可通信电动机保护器 (4)很明显，采用方法(4)，不但通信数据大量重复(如线路电流等信息会在三个可通信电器中重复采样和记录)，而且从硬件上造成重复和浪费(如可能会存在三个用于采集电流信号的电流互感器)，另外，也不能保证三种元器件保护特性之间的协调配合性。
于是，对于现有的技术来说，就很需要一种能够全面并且有效地采集数据并且进行通信的装置，其既能对上述三个方面的数据进行全面的采集，又能够对其中重复的信息进行选择，避免重复和浪费的情况出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成了保护、控制、可通信功能的电动机控制保护装置，将实现上述断路器、接触器、电动机保护器以及通信器件功能的元件进行重新组合，集成在一个设备中，从而实现各种功能之间的协调配合。
根据本发明，提供一种电动机控制保护装置，串接于电动机工作电路，包括断路器，串接在电动机的主电路中，在短路故障发生时断开主电路；接触器，串接在电动机的主电路中，具有闭合与断开两种状态；电流监测模块，监测所述电动机主电路的三相电流并输出相应信号；以及控制保护模块，与所述电流监测模块、断路器和接触器相连，还连接到计算机网络，所述控制保护模块接收电流监测模块输出的信号并转换成数字信号进行计算、分析(如判断是否发生过载、断相、三相不平衡等故障)，还从所述计算机网络上接收控制命令，结合所述根据数字信号计算的结果和接收到的控制命令产生指令并输出至所述断路器和接触器；所述控制保护模块还接收所述断路器和接触器的工作状态信号并通过计算机网络上传。上传的数据还可以包括很多电路参数如电压、电流、功率因数等，控制器保护模块还可以进行参数设定，如额定工作电流、脱扣等级。
根据本发明的一个实施例，所述控制保护模块包括强电组件、弱电组件和信息交换组件，其中强电组件包括变压器，连接到220V交流电源，输出低压工作电源；整流滤波稳压电路，与所述变压器的输出相连，对工作电源进一步进行整流、滤波及稳压，输出第一、第二和第三电压；继电器，接收所述整流滤波稳压电路输出的第三电压，输出指令至所述断路器及接触器；弱电组件包括，采样电路，接收所述整流滤波稳压电路输出的第二电压，连接到所述电流监控模块，对电流监控模块监控的电流进行采样；控制器，接收所述整流滤波稳压电路输出的第一电压，还连接到所述采样电路接收所述采样电路的采样输出；所述控制器还接收所述断路器及接触器的工作状态信号；报警器，与所述控制器相连，根据控制器的指示进行告警；而信息交换组件包括，显示器，与所述控制器相连，根据控制器的指示显示；输入装置，与所述控制器相连，接收输入指令并传输给控制器；通信接口，与所述控制器相连，可进行双向通信，还连接到计算机网络，将通过计算机网络传输的控制命令传输给控制器，还将控制器接收的断路器及接触器的工作状态信号上传到计算机网络。
根据本发明的一实施例，所述整流滤波稳压电路输出的第一、第二和第三电压分别为5V、9V和12V。
根据本发明的一实施例，所述报警器为一蜂鸣器，在另一个实施例中为一指示灯。
本发明所述的通信接口可直接通过MODBUS总线连接到计算机网络。或者，所述通信接口可先连接到一通信适配器，所述通信适配器再通过DeviceNet总线或者ProfiBus总线连接到计算机网络。
本发明中，所述控制保护模块与所述电流监测模块之间通过屏蔽双绞线相连。
采用本发明的技术方案的电动机控制保护装置集成了原来由各个分离的元件实现的过载、断相、三相不平衡、热敏保护、短路保护等多种控制和保护功能，且将它们集成在一个器件中之后，上述保护特性能协调配合，并可实现全面的数据通信，具有使用方便、控制保护功能完善、可靠性高等优点，特别适用于智能化程度较高的系统。
本发明上述的以及其他的特征和优势将在下面结合附图和实施例的描述之后变得更加明显，在附图中相同的标记表示相同的特征，其中，图1是按照本发明的电动机控制保护装置的结构框图；图2是按照本发明的电动机控制保护装置的电气原理图；图3是按照本发明的电动机控制保护装置中的控制保护模块的结构框图；图4是按照本发明的电动机控制保护装置的工作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明是提供一种集中控制与保护功能的、具有单一智能化控制器的、通信数据全面完整的电动机控制保护装置，它将多个元件集成在一个器件中，可以有多种保护功能和控制功能并使得这些功能协调配合，同时，该装置还具有专门的通信装置，是该装置能够实现“遥调”、“遥控”、“遥测”、“遥信”的功能。
为实现上述目的，本发明提供一种电动机控制保护装置，图1示出了该种装置的框图，该装置100串接于电动机工作电路，包括断路器102，串接在电动机的主电路中，在短路故障发生时断开主电路；接触器104，串接在电动机的主电路中，具有闭合与断开两种状态；电流监测模块106，监测电动机主电路的三相电流并输出相应信号；控制保护模块108，与电流监测模块106、断路器102和接触器104都相连，还连接到计算机网络(图中未示出)，控制保护模块接收电流监测模块106输出的信号并转换成数字信号进行计算、分析(如判断是否发生过载、断相、三相不平衡等故障)，还从计算机网络上接收控制命令，结合根据数字信号计算的结果和接收到的控制命令产生指令并输出至断路器102和接触器104；控制保护模块108还接收断路器102和接触器104的工作状态信号并通过计算机网络上传。上传的数据还可以包括很多电路参数如电压、电流、功率因数等，控制器保护模块还可以进行参数设定，如额定工作电流、脱扣等级。
图2示出了本发明的电动机控制保护装置的电气原理图200，在图2中，102为断路器，104为接触器，106为电流监测模块，108为控制保护模块，226为控制保护模块108的工作电源输入端，208为用以连接控制保护模块108和电流监测模块106的屏蔽双绞线，电流监测模块106将其监测到的电动机主电路中的三相电流信号通过双绞线208送入控制保护模块108，控制保护模块108把电流采样信号进一步处理成数字信号并进行相应的计算、判断工作，之后控制保护模块108还会根据上述计算、判断的结果和接收到的控制命令产生指令并输出至断路器102和接触器104(关于控制保护模块108的内部结构将在下面进一步详细描述)。
控制保护模块108可对低于断路器短路整定电流的故障电流进行保护，在工作时，控制保护模块108通过控制触点222和224来断开接触器104并发出报警信号，例如，图2中所示的228为报警器，在一个实施例中，可为指示灯，在另一个实施例中，可以为蜂鸣器。图2中的230接触器204的线圈，控制保护模块108通过控制触点222来控制接触器104的线圈230以实现对接触器104开/合的控制。当电路中的电流达到断路器102的短路电流动作值时，断路器102动作并通过接点210将短路脱扣信号送入控制保护模块108；控制保护模块108具有两个输出接点218和220，连接到断路器102的再扣器234以实现对断路器102的断/合的控制，图2中的232为其断路器再扣器234的工作电源输入端。
控制保护模块108还具有的另一个功能是具有通信功能，其通过通信接口216实现与网络的通信，一般来说，主要是与连接在网络上的上位机238进行通信。通信的内容包括两个方面，其一是接收来自上位机的控制命令，之后通过上述的至断路器102的输出接点218和220以及至接触器104的输出接点222分别控制断路器102和接触器104。通信内容的另一方面为接收断路器102和接触器104的工作状态信号并通过计算机网络上传。例如，图2中示出的接点212就是用于接收接触器104的工作状态信息，接点210也可以用于接收断路器102的工作状态信息。对于通信接口216和网络(上位机238)之间的使用的通信总线236，可直接使用MODBUS总线，也可以首先连接到一通信适配器(图中未示出)，通过通信适配器再连接到DeviceNet、ProfiBus等总线，以进行各种信号传输、监控、控制及设定。上传的数据还可以包括很多电路参数如电压、电流、功率因数等，控制器保护模块还可以进行参数设定，如额定工作电流、脱扣等级。
上面结合本发明的电动机控制保护装置的电气原理进行了说明，下面在结合本发明中的控制保护模块108的具体结构进行描述。从硬件实现的角度来看，本发明中的控制保护模块108可以分为以下几个组件，如图3所示强电组件302，包括，变压器304，连接到220V交流电源，输出低压工作电源；整流滤波稳压电路306，与变压器304的输出相连，对工作电源进一步进行整流、滤波及稳压，输出第一、第二和第三电压，这三个电压分别是用作后面将要描述的控制器314、采样电路312和继电器308的工作电源。强电组件302中的另一个元器件是继电器308，接收整流滤波稳压电路输出的第三电压，此处使用的是12V的工作电压，继电器308会输出指令至断路器102及接触器104；弱电组件310，包括，采样电路312，接收整流滤波稳压电路输出的第二电压，此处为9V的电压作为工作电压，还连接到电流监控模块106，接收电流监控模块106输出的其监控的主电路的电流信号并对电流信号进行采样，采样电路312的输出连接到控制器314以进行进一步的处理，采样电路312和电流监控模块106之间通过屏蔽双绞线相连。控制器314，接收整流滤波稳压电路输出的第一电压，此处为5V的电压作为工作电压，还连接到采样电路312，接收采样电路312的采样输出；控制器314还接收断路器102及接触器104的工作状态信号。弱电组件310中还包括报警器316，与控制器314相连，根据控制器314的指示进行告警，报警器316可以使用蜂鸣器，也可以使用指示灯。
信息交换组件318，包括，显示器320，与控制器314相连，根据控制器314的指示显示相应的信息；输入装置322，与控制器314相连，接收输入指令并传输给控制器314；通信接口324，与控制器314双向通信，还连接到计算机网络(主要是实现与上位机的通信)，将通过计算机网络传输的控制命令传输给控制器314，还将控制器314接收的断路器102及接触器104的工作状态信号上传到计算机网络以供上位机进行处理。对于所使用的通信总线，可直接使用MODBUS总线，也可以首先连接到一通信适配器(图中未示出)，通过通信适配器再连接到DeviceNet、ProfiBus等总线。
图4是本发明的电动机控制保护装置的工作流程示意图，如图4所示的，本发明的装置基本按照如下的流程工作S11.初始化步骤，对装置中的控制器、通信接口、显示器、输入装置、采样电路进行初始化；S12.采样及转换步骤，由采样电路对主电路中的三相电路参数进行采样并输入到控制器中，控制器进行模/数转换将其变成数字信号；S13.有效值计算步骤，对采样的信号进行有效值计算；S14.故障判定步骤，在该步骤中，进行过载判断、不平衡判断以及断相判断，这三个判断的先后顺序并不需要固定，其中任何一个判断出现故障都将会使脱扣器产生脱扣指令；上述的步骤S11-S14加上后面将要描述的步骤S16共同构成该电动机控制保护装置的主工作流程，在此过程中，控制器还可以响应各种中断并执行中断程序，中断程序在步骤S15中进行，由于中断可能随时发生，因此中断流程不包括在主流程中，但本领域的技术人员应该理解，中断步骤S15也是本发明的电动机控制保护装置工作流程的一部分。
S15.中断响应步骤，在该步骤中，将检测是否有中断请求产生，产生的中断请求可以包括，来自通信接口的通信中断、PTC热保护器产生(和现有技术相同)的热保护中断、输入装置(如键盘)产生的中断、电流过零点中断以及定时器中断。其中，对于通信中断来说，一般是在上位机有控制命令到达时产生，因此，在接收到通信中断后，控制器接收数据帧，对其进行CRC校验，之后执行命令帧中的指令并在需要的时候发送响应的帧。对于其他四种中断来说，接收到热保护中断则执行脱扣的操作；接收到输入装置的响应中断则进入接收键盘输入的过程，接收到电流过零点中断则启动定时器，而接收到定时器中断则执行保护程序。
S16.显示步骤，将前述步骤中电动机控制保护装置的状态、数据、故障在显示器上显示，以提示用户。
上述的步骤S12-S16会电动机控制保护装置的工作期间会反复进行。
采用本发明的技术方案的电动机控制保护装置集成了原来由各个分离的元件实现的过载、断相、三相不平衡、热敏保护、短路保护等多种控制和保护功能，且将它们集成在一个器件中之后，上述保护特性能协调配合，并可实现全面的数据通信，具有使用方便、控制保护功能完善、可靠性高等优点，特别适用于智能化程度较高的系统。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1.一种电动机控制保护装置，串接于电动机工作电路，其特征在于，包括断路器，串接在电动机的主电路中，在短路故障发生时断开主电路；接触器，串接在电动机的主电路中，具有闭合与断开两种状态；电流监测模块，监测所述电动机主电路的三相电流并输出相应信号；控制保护模块，与所述电流监测模块、断路器和接触器相连，还连接到计算机网络，所述控制保护模块接收电流监测模块输出的信号并转换成数字信号进行计算、分析，还从所述计算机网络上接收控制命令，结合所述根据数字信号计算的结果和接收到的控制命令产生指令并输出至所述断路器和接触器；所述控制保护模块还接收所述断路器和接触器的工作状态信号并通过计算机网络上传。
2.如权利要求1所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述控制保护模块包括强电组件，包括，变压器，连接到220V交流电源，输出低压工作电源；整流滤波稳压电路，与所述变压器的输出相连，对工作电源进一步进行整流、滤波及稳压，输出第一、第二和第三电压；继电器，接收所述整流滤波稳压电路输出的第三电压，输出指令至所述断路器及接触器；弱电组件，包括，采样电路，接收所述整流滤波稳压电路输出的第二电压，连接到所述电流监控模块，对电流监控模块监控的电流进行采样；控制器，接收所述整流滤波稳压电路输出的第一电压，还连接到所述采样电路接收所述采样电路的采样输出；所述控制器还接收所述断路器及接触器的工作状态信号；报警器，与所述控制器相连，根据控制器的指示进行告警；信息交换组件，包括，显示器，与所述控制器相连，根据控制器的指示显示；输入装置，与所述控制器相连，接收输入指令并传输给控制器；通信接口，与所述控制器连接，可双向通信，还连接到计算机网络，将通过计算机网络传输的控制命令传输给控制器，还将控制器接收的断路器及接触器的工作状态信号上传到计算机网络。
3.如权利要求2所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述整流滤波稳压电路输出的第一、第二和第三电压分别为5V、9V和12V。
4.如权利要求2所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述报警器为一蜂鸣器或者指示灯。
5.如权利要求2所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述通信接口通过MODBUS总线连接到计算机网络。
6.如权利要求2所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述通信接口连接到一通信适配器，所述通信适配器通过DeviceNet总线连接到计算机网络。
7.如权利要求2所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述通信接口连接到一通信适配器，所述通信适配器通过ProfiBus总线连接到计算机网络。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电动机控制保护装置，其特征在于，所述控制保护模块与所述电流监测模块之间通过屏蔽双绞线相连。
全文摘要
本发明揭示了一种电动机控制保护装置，串接于电动机工作电路，包括断路器；接触器；电流监测模块；控制保护模块，与电流监测模块、断路器和接触器相连，还连接到计算机网络，控制保护模块接收电流监测模块输出的信号并转换成数字信号进行计算，还从计算机网络上接收控制命令，结合根据数字信号计算的结果和接收到的控制命令产生指令并输出至断路器和接触器；控制保护模块还接收断路器和接触器的工作状态信号并通过计算机网络上传。本发明的技术方案集成了原来由各个分离的元件实现的过载、断相、三相不平衡、热敏保护、短路保护等多种控制和保护功能，且将它们集成在一个器件中以使上述保护特性能协调配合，并可实现全面的数据通信。
文档编号H02H7/08GK1625011SQ200410089208
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者曾萍, 李利, 赵明华 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司